1.2　信號完整性問題的分類

信號完整性問題可以分為以下四類。

單根傳輸線的信號完整性問題——反射效應。

相鄰傳輸線之間的信號串擾問題——串擾效應。

與電源完整性相關的問題——軌道塌陷。

電磁干擾（Electro-Magnetic Interference，EMI）和輻射問題——電磁干擾。

這四類信號完整性問題的解決方案是按照層次逐級遞進的。也就是說，在實施信號完整性問題的解決方案時，要按照上述的分類順序依次解決好問題，然后解決下一個層次的問題。顯然，這已涉及廣義的信號完整性了，它融合SI、PI、EMI為一體。在實際應用中，SI、PI、EMI經常由不同的工程師負責。這個時候，工程師們就要協同合作，做出相對完美的產品。

在實際工作中，信號完整性問題大部分都是反射和串擾。在單個網絡信號完整性問題中，幾乎所有的問題都是信號傳輸路徑上的阻抗不連續所導致的反射。反射是指傳輸線上存在回波，驅動器輸出信號（電壓/電流）的一部分經傳輸線到達負載端的接收器；由于不匹配一部分又被反射回源端驅動器，在傳輸線上形成振鈴。串擾是指兩個不同網絡之間引起的干擾和噪聲。

1.2.1　反射

源與負載阻抗不匹配會引起線上反射，負載將一部分電壓反射回源。如果負載阻抗小于源阻抗，反射電壓為負；反之，如果負載阻抗大于源阻抗，反射電壓為正。布線的幾何形狀、不正確的線端連接、經過連接器的傳輸及電源平面的不連續等因素的變化均會導致此類反射。

在實際工作中，很多硬件工程師都會在時鐘輸出信號上串接一個電阻，這個電阻的作用就是為了解決信號反射問題。隨著這個電阻的加大，振鈴就會消失，但信號上升沿不再那么陡峭了，這種解決方法稱為阻抗匹配。阻抗在信號完整性問題中占據著極其重要的地位。

1.2.2　串擾

我們在實驗中經常發現，有時對于某根信號線，從功能上來說并沒有輸出信號，但測量時，會有幅度很小的規則信號波形，好像有信號輸出。這時如果測量一下與它鄰近的信號線，則會發現某種相似的規律，這就是串擾。如果兩根信號線靠得很近的話，通常會出現串擾。

當然，被串擾影響的信號線上的波形不一定和鄰近信號波形相似，也不一定有明顯的規律，更多的是表現為噪聲形式。串擾在當今的高密度電路板中一直是個讓人頭疼的問題，由于布線空間小，信號線必然靠得很近，所以只能控制而無法消除串擾。對于受到串擾影響的信號線，鄰近信號的干擾就相當于噪聲。串擾的大小和電路板上的很多因素有關，并不僅與兩根信號線間的距離有關。當然，這個距離最容易控制，也是最常用的解決串擾的方法，但不是唯一方法，這也是很多工程師容易誤解的地方。

串擾是由同一個PCB上的兩條信號線與地平面（稱為三線系統）引起的。串擾是兩條信號線之間的耦合，信號線之間的互感和互容引起線上的噪聲。容性耦合引發耦合電流，而感性耦合引發耦合電壓。PCB板層的參數、信號線間距、驅動端和接收端的電氣特性及線端接方式對串擾都有一定的影響。

1.2.3　軌道塌陷

噪聲不僅存在于信號網絡中，也存在于電源分配系統。我們知道，電源和地之間電流流經路徑上不可避免存在阻抗，除非電路板上的所有東西都變成超導體。那么，當電流變化時，不可避免產生壓降，因此，真正送到芯片電源引腳上的電壓會減小，有時減小得很厲害，就像電壓突然產生了塌陷，這就是軌道塌陷。

軌道塌陷有時會產生致命的問題，很可能影響電路板的功能。高性能處理器集成的門數越來越多，開關速度也越來越快，在更短的時間內消耗更多的開關電流，可以容忍的噪聲變得越來越小，但同時控制噪聲越來越難。由于高性能處理器對電源系統的苛刻要求，構建更低阻抗的電源分配系統變得越來越困難。理解阻抗是理解信號完整性問題的關鍵。

1.2.4　電磁干擾

當板級時鐘頻率為100～500MHz范圍時，這一頻率范圍的前幾次諧波在電視、調頻廣播、移動電話和個人通信服務這些普通通信波段內，這就意味著電子產品極有可能干擾通信，所以這些電子產品的電磁輻射必須低于容許的程度。如果不對電子產品進行特殊設計，電子產品在較高頻率時，會出現更為嚴重的電磁干擾。共模電流的輻射遠場強度隨頻率增大呈線性增加，而差分電流的輻射遠場與頻率的平方成正比，隨著時鐘頻率的提高，對輻射的要求必然也會提高。

電磁干擾問題有3個方面：噪聲源、輻射傳播路徑和天線。每個信號完整性問題的根源也是電磁干擾的根源。電磁干擾之所以這么復雜，是因為即使噪聲遠遠低于信號完整性噪聲預算，它也會足以引起嚴重的輻射。