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何時會遇到信號完整性問題

作者: 時間:2011-12-21 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

多年前,在我開始研究時也曾經(jīng)有過這樣的疑問,隨著對理解的深入,便沒有再仔細(xì)考慮。后來在產(chǎn)品開發(fā)過程中,朋友、同事經(jīng)常向我提出這一。有些公司制作復(fù)雜電路板時,硬件總也調(diào)不通,于是找到我,當(dāng)我解決了,并告訴他們,原因就在于沒有處理好設(shè)計(jì),負(fù)責(zé)開發(fā)的硬件工程師也會提出同樣的問題。他們通常的說法是:高速電路中會有問題,可是什么情況下必須進(jìn)行專門的信號完整性設(shè)計(jì)?

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/178171.htm

  不斷的有人問我,我不得不作更深入的思考。說實(shí)話,這個問題很難回答,或者說他們這種問法很難回答。他們的意思可以解釋為,速度高了就要考慮信號完整性,低速板不存在這個問題,那總要有個臨界頻率,這個頻率是多少?有人曾提出過這樣的論點(diǎn),當(dāng)外部總線頻率超過80MHz時,就要進(jìn)行專門的分析設(shè)計(jì),低于這一頻率,不用考慮信號完整性問題。對這一論點(diǎn),我不敢茍同。仔細(xì)分析,他們這種問法的背后是對信號完整性的一種誤解。

  如果必須有一個答案的話,我想答案應(yīng)該是:只要信號畸變到了無法容忍的程度就要考慮信號完整性問題。呵呵,看起來像是在胡說八道,不過這確實(shí)是能找到的最好的答案了。

  要想弄清這個問題,必須先了解信號完整性的實(shí)質(zhì)到底是什么。產(chǎn)生信號完整性的原因很多,頻率(值得推敲,暫且借用提問者的說法)只不過是其中的一個而已,怎么能單單用頻率來強(qiáng)行地劃分界線!順便說一句,很多人說頻率的影響,其實(shí)這個詞很值得推敲。頻率到底指的是哪個部分的頻率?電路板上有主時鐘頻率,芯片內(nèi)部主頻,外部總線帶寬,數(shù)字信號波形帶寬,電磁輻射頻率,影響信號完整性的頻率到底指的是哪一個?問題根源在于信號上升時間。如果你不是很理解,可以到于博士信號完整性研究網(wǎng)學(xué)習(xí)。

  信號完整性最原始的含義應(yīng)該是:信號是否能保持其應(yīng)該具有的波形。很多因素都會導(dǎo)致信號波形的畸變,如果畸變較小,對于電路板不會產(chǎn)生影響,可是如果畸變很大,就可能影響電路的功能。系統(tǒng)頻率(芯片內(nèi)部主頻以及外部頻率)、電磁干擾、電源波紋噪聲,數(shù)字器件開關(guān)噪聲、系統(tǒng)熱噪聲等都會對信號產(chǎn)生影響,頻率并不具有特殊的地位,你不能把所有的注意力都放在頻率這個因素上。

  那么這里又會出現(xiàn)另一個問題,波形畸變多大,會對電路板功能產(chǎn)生影響。這沒有確定統(tǒng)一的指標(biāo),和具體應(yīng)用以及電路板的其他電氣指標(biāo)有關(guān)。對于數(shù)字信號而言,對畸變的容忍度較大。能有多大的容忍度,還要考慮電路板上的電源系統(tǒng)供電電壓波紋有多大,系統(tǒng)的噪聲余量有多大,所用器件對于信號建立時間和保持時間的要求是多少等等。對于模擬信號,相對比較敏感,容忍度較小,至于能容忍多大的畸變,和系統(tǒng)噪聲,器件非線性特性,電源質(zhì)量等等有關(guān)。

  是不是聽起來很晦澀!確實(shí),要說清楚這個問題并不容易,因?yàn)闋砍兜搅颂嗟囊蛩卦趦?nèi)。下面這個數(shù)字信號波形的例子能讓你有一個簡單直觀的理解。

  

  這是一個受反射影響的方波數(shù)字信號,波形的畸變僅僅是反射的結(jié)果,沒有迭加其他噪聲。假設(shè)低電平邏輯小于0.7v,高電平大于2v。對于高電平來說,震蕩的低谷部分可能會沖到2v以下,此時電路處于不定態(tài),可能引起電路誤動作。所以,迭加在高電平上的波紋幅度不能太大。由于電路存在噪聲,電源也有波紋,這些最終都會迭加到信號波形上,所以你計(jì)算波紋幅度的時候要考慮這些因素,而這些因素和你的電路板其他部分設(shè)計(jì)有關(guān)。所以你無法確定一個統(tǒng)一的畸變標(biāo)準(zhǔn),只能根據(jù)你具體電路的設(shè)計(jì)和應(yīng)用綜合考慮。最終的原則只有一個:通過信號完整性設(shè)計(jì)、電源完整完整性設(shè)計(jì)等手段,將總的信號畸變控制在一定范圍內(nèi),保證電路板正常穩(wěn)定工作。

  工程中,解決信號完整性的問題是一個系統(tǒng)的工程,并不是一兩種方法就可以包打天下的。什么時候會碰到信號完整性問題也不是可以硬性的劃一道線來區(qū)分,一句話,要根據(jù)你的實(shí)際情況來定。

  可能你會感覺,這么多不確定的因素,還怎么在最初設(shè)計(jì)的時候考慮信號完整性問題?嗯,沒問題的,其實(shí)對于所有影響信號質(zhì)量的因素,你都可以通過一定的設(shè)計(jì)技術(shù)來控制。對于電源波紋問題,那是電源完整性的問題,又是一個系統(tǒng)的工程。而其他的電磁干擾,電磁兼容等則是另外一個系統(tǒng)工程。

  總之,信號完整性問題涉及的知識較多,是一個跨學(xué)科的知識體系。網(wǎng)上關(guān)于信號完整性基礎(chǔ)知識講解很多,但很少有講得很深入的。要想學(xué)好信號完整性,你需要有一定的精力投入,但可以告訴你,只要掌握學(xué)習(xí)方法,其實(shí)不難。一旦你學(xué)好它,回報(bào)是非常高的,畢竟這方面的人才現(xiàn)在是奇缺阿,很多公司給信號完整性工程師開價(jià)都在25W以上,如果你很牛的話,呵呵,決不是這個價(jià)。

  好了,廢話就不多說了。對于信號完整性技術(shù)問題,我會在于博士信號完整性研究網(wǎng)的博士講壇欄目進(jìn)行深入探討。



關(guān)鍵詞: 問題 完整性 信號 遇到 何時

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