何时会遇到信号完整性问题

2011-12-14 14:47:27来源: 互联网
多年前,在我开始研究信号完整性问题时也曾经有过这样的疑问,随着对信号完整性理解的深入,便没有再仔细考虑。后来在产品开发过程中,朋友、同事经常向我提出这一问题。有些公司制作复杂电路板时,硬件总也调不通,于是找到我,当我解决了问题,并告诉他们,原因就在于没有处理好信号完整性设计,负责开发的硬件工程师也会提出同样的问题。他们通常的说法是:高速电路中会有问题,可是什么情况下必须进行专门的信号完整性设计?

  不断的有人问我,我不得不作更深入的思考。说实话,这个问题很难回答,或者说他们这种问法很难回答。他们的意思可以解释为,速度高了就要考虑信号完整性,低速板不存在这个问题,那总要有个临界频率,这个频率是多少?有人曾提出过这样的论点,当外部总线频率超过80MHz时,就要进行专门的分析设计,低于这一频率,不用考虑信号完整性问题。对这一论点,我不敢苟同。仔细分析,他们这种问法的背后是对信号完整性的一种误解。

  如果必须有一个答案的话,我想答案应该是:只要信号畸变到了无法容忍的程度就要考虑信号完整性问题。呵呵,看起来像是在胡说八道,不过这确实是能找到的最好的答案了。

  要想弄清这个问题,必须先了解信号完整性的实质到底是什么。产生信号完整性的原因很多,频率(值得推敲,暂且借用提问者的说法)只不过是其中的一个而已,怎么能单单用频率来强行地划分界线!顺便说一句,很多人说频率的影响,其实这个词很值得推敲。频率到底指的是哪个部分的频率?电路板上有主时钟频率,芯片内部主频,外部总线带宽,数字信号波形带宽,电磁辐射频率,影响信号完整性的频率到底指的是哪一个?问题根源在于信号上升时间。如果你不是很理解,可以到于博士信号完整性研究网学习。

  信号完整性最原始的含义应该是:信号是否能保持其应该具有的波形。很多因素都会导致信号波形的畸变,如果畸变较小,对于电路板不会产生影响,可是如果畸变很大,就可能影响电路的功能。系统频率(芯片内部主频以及外部频率)、电磁干扰电源波纹噪声,数字器件开关噪声、系统热噪声等都会对信号产生影响,频率并不具有特殊的地位,你不能把所有的注意力都放在频率这个因素上。

  那么这里又会出现另一个问题,波形畸变多大,会对电路板功能产生影响。这没有确定统一的指标,和具体应用以及电路板的其他电气指标有关。对于数字信号而言,对畸变的容忍度较大。能有多大的容忍度,还要考虑电路板上的电源系统供电电压波纹有多大,系统的噪声余量有多大,所用器件对于信号建立时间和保持时间的要求是多少等等。对于模拟信号,相对比较敏感,容忍度较小,至于能容忍多大的畸变,和系统噪声,器件非线性特性,电源质量等等有关。

  是不是听起来很晦涩!确实,要说清楚这个问题并不容易,因为牵扯到了太多的因素在内。下面这个数字信号波形的例子能让你有一个简单直观的理解。

  

 

  这是一个受反射影响的方波数字信号,波形的畸变仅仅是反射的结果,没有迭加其他噪声。假设低电平逻辑小于0.7v,高电平大于2v。对于高电平来说,震荡的低谷部分可能会冲到2v以下,此时电路处于不定态,可能引起电路误动作。所以,迭加在高电平上的波纹幅度不能太大。由于电路存在噪声,电源也有波纹,这些最终都会迭加到信号波形上,所以你计算波纹幅度的时候要考虑这些因素,而这些因素和你的电路板其他部分设计有关。所以你无法确定一个统一的畸变标准,只能根据你具体电路的设计和应用综合考虑。最终的原则只有一个:通过信号完整性设计、电源完整完整性设计等手段,将总的信号畸变控制在一定范围内,保证电路板正常稳定工作。

  工程中,解决信号完整性的问题是一个系统的工程,并不是一两种方法就可以包打天下的。什么时候会碰到信号完整性问题也不是可以硬性的划一道线来区分,一句话,要根据你的实际情况来定。

  可能你会感觉,这么多不确定的因素,还怎么在最初设计的时候考虑信号完整性问题?嗯,没问题的,其实对于所有影响信号质量的因素,你都可以通过一定的设计技术来控制。对于电源波纹问题,那是电源完整性的问题,又是一个系统的工程。而其他的电磁干扰,电磁兼容等则是另外一个系统工程。

  总之,信号完整性问题涉及的知识较多,是一个跨学科的知识体系。网上关于信号完整性基础知识讲解很多,但很少有讲得很深入的。要想学好信号完整性,你需要有一定的精力投入,但可以告诉你,只要掌握学习方法,其实不难。一旦你学好它,回报是非常高的,毕竟这方面的人才现在是奇缺阿,很多公司给信号完整性工程师开价都在25W以上,如果你很牛的话,呵呵,决不是这个价。

  好了,废话就不多说了。对于信号完整性技术问题,我会在于博士信号完整性研究网的博士讲坛栏目进行深入探讨。

关键字:信号  完整性

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/1214/article_13503.html
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