高速電路設計信號完整性的一些基本概念

1.信號完整性（Signal Integrity）：就是指電路系統中信號的質(zhì)量，如果在要求的時(shí)

間內，信號能不失真地從源端傳送到接收端，我們就稱(chēng)該信號是完整的。

2.傳輸線(xiàn)（Transmission Line）：由兩個(gè)具有一定長(cháng)度的導體組成回路的連接線(xiàn)，我們

稱(chēng)之為傳輸線(xiàn)，有時(shí)也被稱(chēng)為延遲線(xiàn)。

3.集總電路（Lumped circuit）：在一般的電路分析中，電路的所有參數，如阻抗、容

抗、感抗都集中于空間的各個(gè)點(diǎn)上，各個(gè)元件上，各點(diǎn)之間的信號是瞬間傳遞的，這種

理想化的電路模型稱(chēng)為集總電路。

4.分布式系統(Distributed System)：實(shí)際的電路情況是各種參數分布于電路所在空間

的各處，當這種分散性造成的信號延遲時(shí)間與信號本身的變化時(shí)間相比已不能忽略的時(shí)

侯，整個(gè)信號通道是帶有電阻、電容、電感的復雜網(wǎng)絡(luò )，這就是一個(gè)典型的分布參數系

統。

5.上升/下降時(shí)間（Rise/Fall Time）：信號從低電平跳變?yōu)楦唠娖剿枰臅r(shí)間，通常

是量度上升/下降沿在10%-90%電壓幅值之間的持續時(shí)間，記為T(mén)r。

6.截止頻率（Knee Frequency）：這是表征數字電路中集中了大部分能量的頻率范圍（

0.5/Tr），記為Fknee，一般認為超過(guò)這個(gè)頻率的能量對數字信號的傳輸沒(méi)有任何影響。

7.特征阻抗（Characteristic Impedance）：交流信號在傳輸線(xiàn)上傳播中的每一步遇到

不變的瞬間阻抗就被稱(chēng)為特征阻抗，也稱(chēng)為浪涌阻抗，記為Z0?？梢酝ㄟ^(guò)傳輸線(xiàn)上輸入

電壓對輸入電流的比率值(V/I)來(lái)表示。

8.傳輸延遲（Propagation delay）：指信號在傳輸線(xiàn)上的傳播延時(shí)，與線(xiàn)長(cháng)和信號傳播

速度有關(guān)，記為tPD。

9.微帶線(xiàn)（Micro-Strip）：指只有一邊存在參考平面的傳輸線(xiàn)。

10.帶狀線(xiàn)（Strip-Line）：指兩邊都有參考平面的傳輸線(xiàn)。

11.趨膚效應（Skin effect）：指當信號頻率提高時(shí)，流動(dòng)電荷會(huì )漸漸向傳輸線(xiàn)的邊緣

靠近，甚至中間將沒(méi)有電流通過(guò)。與此類(lèi)似的還有集束效應，現象是電流密集區域集中

在導體的內側。

12.反射（Reflection）：指由于阻抗不匹配而造成的信號能量的不完全吸收，發(fā)射的程

度可以有反射系數ρ表示。

13.過(guò)沖/下沖（Over shoot/under shoot）：過(guò)沖就是指接收信號的第一個(gè)峰值或谷值

超過(guò)設定電壓——對于上升沿是指第一個(gè)峰值超過(guò)最高電壓；對于下降沿是指第一個(gè)谷

值超過(guò)最低電壓，而下沖就是指第二個(gè)谷值或峰值。

14.振蕩：在一個(gè)時(shí)鐘周期中,反復的出現過(guò)沖和下沖,我們就稱(chēng)之為振蕩。振蕩根據表現

形式可分為振鈴（Ringing）和環(huán)繞振蕩，振鈴為欠阻尼振蕩,而環(huán) 普竦 為過(guò)阻尼振蕩

。

匹配（Termination）：指為了消除反射而通過(guò)添加電阻或電容器件來(lái)達到阻抗一致的效

果。因為通常采用在源端或終端，所以也稱(chēng)為端接。

15.串擾：串擾是指當信號在傳輸線(xiàn)上傳播時(shí)，因電磁耦合對相鄰的傳輸線(xiàn)產(chǎn)生的不期望

的電壓噪聲干擾，這種干擾是由于傳輸線(xiàn)之間的互感和互容引起的。

信號回流（Return current）：指伴隨信號傳播的返回電流。

16.自屏蔽（Self shielding）：信號在傳輸線(xiàn)上傳播時(shí)，靠大電容耦合抑制電場(chǎng)，靠小

電感耦合抑制磁場(chǎng)來(lái)維持低電抗的方法稱(chēng)為自屏蔽。

17.前向串擾（Forward Crosstalk）：指干擾源對犧牲源的接收端產(chǎn)生的第一次干擾，

也稱(chēng)為遠端干擾(Far-end crosstalk)。

18.后向串擾（Forward Crosstalk）：指干擾源對犧牲源的發(fā)送端產(chǎn)生的第一次干擾，

也稱(chēng)為近端干擾(Near-end crosstalk)。

19.屏蔽效率（SE）：是對屏蔽的適用性進(jìn)行評估的一個(gè)參數，單位為分貝。

吸收損耗：吸收損耗是指電磁波穿過(guò)  蔽罩的時(shí)候能量損?的數量。

20.反射損耗：反射損耗是指由于屏蔽的內部反射導致的能量損耗的數量，他隨著(zhù)波阻和

屏蔽阻抗的比率而變化。

21.校正因子：表示屏蔽效率下降的情況的參數，由于屏蔽物吸收效率不高，其內部的再

反射會(huì )使穿過(guò)屏蔽層另一面的能量增加，所以校正因子是個(gè)負數，而且只使用于薄屏蔽

罩中存在多個(gè)反射的情況分析。

22.差模EMI：傳輸線(xiàn)上電流從驅動(dòng)端流到接收端的時(shí)候和它回流之間耦合產(chǎn)生的EMI，就

叫做差模EMI。

23.共模EMI：當兩條或者多條傳輸線(xiàn)以相同的相位和方向從驅動(dòng)端輸出到接收端的時(shí)候

，就會(huì )產(chǎn)生共模輻射，既共模EMI。

24.發(fā)射帶寬：即最高頻率發(fā)射帶寬，當數字集成電路從邏輯高低之間轉換的時(shí)候，輸出

端產(chǎn)生的方波信號頻率并不是導致EMI的唯一成分。該方波中包含頻率范圍更寬廣的正弦

諧波分量，這些正弦諧波分量是工程師所關(guān)心的EMI頻率成分，而最高的EMI頻率也稱(chēng)為

EMI的發(fā)射帶寬。

25.電磁環(huán)境：存在于給定場(chǎng)所的所有電磁現象的總和。

26.電 派牛喝魏 能引起裝置、設備或系統性能降低或者對有生命或者無(wú)生命物質(zhì)產(chǎn)生

損害作用的電磁現象。

27.電磁干擾：電磁騷擾引起設備、傳輸通道和系統性能的下降。

28.電磁兼容性：設備或者系統在電磁環(huán)境中能正常工作且不對該環(huán)境中任何事物構成不

能承受的電磁騷擾的能力。

29.系統內干擾：系統中出現由本系統內部電磁騷擾引起的電磁干擾。

30.系統間干擾：有其他系統產(chǎn)生的電磁干擾對一個(gè)系統造成的電磁干擾。

31.靜電放電：具有不同靜電電位的物體相互接近或者接觸時(shí)候而引起的電荷轉移。

建立時(shí)間（Setup Time）：建立時(shí)間就是接收器件需要數據提前于時(shí)鐘沿穩定存在于輸

入端的時(shí)間。

32.保持時(shí)間（Hold Time）：為了成功的鎖存一個(gè)信號到接收端，器件必須要求數據信

號在被時(shí)鐘沿觸發(fā)后繼續保持一段時(shí)間，以確保數據被正確的操作。這個(gè)最小的時(shí)間就

是我們說(shuō)的保持時(shí)間。

33.飛行時(shí)間（Flight Time）：指信號從驅動(dòng)端傳輸到接收端，并達到一定的電平之間

的延時(shí)，和傳輸延遲和上升時(shí)間有關(guān)。

34.Tco：是指器件的輸入時(shí)鐘邊緣觸發(fā)有效到輸出信號有效的時(shí)間差，這是信號在器件

內部的所有延遲總和，一般包括邏輯延遲和緩沖延遲。緩沖延遲（buffer delay）：指

信號經(jīng)過(guò)緩沖器達到有效的電壓輸出所需要的時(shí)間

35.時(shí)鐘抖動(dòng)（Jitter）：時(shí)鐘抖動(dòng)是指時(shí)鐘觸發(fā)沿的隨機誤差，通?？梢杂脙蓚€(gè)或多個(gè)

時(shí)鐘周期之間的差值來(lái)量度，這個(gè)誤差是由時(shí)鐘發(fā)生器內部產(chǎn)生的，和后期布線(xiàn)沒(méi)有關(guān)

系。

36.時(shí)鐘偏移（Skew）：是指由同樣的時(shí)鐘產(chǎn)生的多個(gè)子時(shí)鐘信號之間的延時(shí)差異。

假時(shí)鐘: 假時(shí)鐘是指時(shí)鐘越過(guò)閾值(threshold)無(wú)意識地改變了狀態(tài)(有時(shí)在VIL 或VIH之

間)。通常由于過(guò)分的下沖(undershoot)或串擾(crosstalk)引起。

37.電源完整性(Power Integrity)： 指電路系統中的電源和地的質(zhì)量。

38.同步開(kāi)關(guān)噪聲（Simultaneous Switch Noise）：指當器件處于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，產(chǎn)生瞬間

變化的電流（di/dt），在經(jīng)過(guò)回流途徑上存在的電感時(shí)，形成交流壓降，從而引起噪聲

，簡(jiǎn)稱(chēng)SSN。也稱(chēng)為Δi噪聲。

39.地彈（Ground Bounce）：指由于封裝電感而引起地平面的波動(dòng)，造成芯片地和系統

地不一致的現象。同樣，如果是由于封裝電感引起的芯片和系統電源差異，就稱(chēng)為電源

反彈（Power Bounce）。