羅德和施瓦茨（羅德與施瓦茨年度漲薪）
來源：芯世相1、羅德羅德引言在當(dāng)今快速發(fā)展的和施數(shù)字時(shí)代，高速傳輸已成為電子設(shè)備的瓦茨基本要求隨著數(shù)據(jù)傳輸速率的不斷提升，信號完整性（Signal Integrity，施瓦簡稱SI）問題變得越來越重要信號完整性是茨年高速互連系
統(tǒng)設(shè)計(jì)的基石，高速系統(tǒng)的度漲信號完整性直接關(guān)系到數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院拖到y(tǒng)的整體性能。因此，羅德羅德深入理解信號完整性的和施基本原理和測試方法對于確保高速系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。
1：信號完整性對高速信號的瓦茨有效傳輸至關(guān)重要2、信號完整性基本概念2.1 信號完整性的施瓦定義信號完整性（Signal Integrity，SI）是茨年指一個(gè)信號在電路中產(chǎn)生正確的響應(yīng)的能力在長距離、高比特率的度漲信號。
傳輸中，羅德羅德由于多種效應(yīng)的和施影響，信號的瓦茨可信度會降低因此，高速互連系統(tǒng)里的數(shù)據(jù)傳輸對信號完整性的要求越來越高2.2 信號完整性測試的重要性在高速數(shù)據(jù)傳輸中，信號完整性測試的重要性不言而喻如果信號在傳輸過程中出
現(xiàn)問題，如衰減、反射、失真等，將會導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸錯誤，甚至系統(tǒng)崩潰。因此，通過信號完整性測試，可以確保信號在傳輸過程中保持正確的形態(tài)和幅度，從而提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院头€(wěn)定性。
2：理想傳輸信道 Vs 實(shí)際傳輸信道2.3 影響信號完整性的核心因素信號在傳輸過程中會受到多種因素的影響，導(dǎo)致信號的失真和降級。這些因素包括阻抗失配、衰減/損耗、串?dāng)_和抖動噪聲等。
3：影響信號完整性的核心因素（1）阻抗失配· 物理表現(xiàn)：當(dāng)信號通過傳輸線遇到阻抗突變（如過孔、連接器或線寬變化）時(shí)，部分能量會反射回源端，形成振鈴（Ringing）或過沖（Overshoot）· 影響：
反射信號與原始信號疊加導(dǎo)致接收誤判邏輯狀態(tài)（如將“0”誤判為“1”）（2）衰減/損耗插入損耗（Insertion Loss）隨頻率升高呈指數(shù)增長，例如在10 GHz時(shí)，F(xiàn)R4板材的損耗可達(dá)-2 dB/inch。
· 物理表現(xiàn)： 趨膚效應(yīng)（Skin Effect）：高頻電流集中在導(dǎo)體表面，增加導(dǎo)體的有效電阻 介質(zhì)損耗（Dielectric Loss）：高頻電場使PCB基板材料（如FR4）分子極化，產(chǎn)生熱量并削弱信號。
· 影響：信號高頻分量衰減導(dǎo)致上升時(shí)間延長，眼圖閉合（3）串?dāng)_（Crosstalk）串?dāng)_強(qiáng)度與走線間距的平方成反比，例如PCB間距增加1倍，串?dāng)_降低約4倍· 影響：近端串?dāng)_（NEXT）：干擾信號與主信號在同一端口出現(xiàn)。
遠(yuǎn)端串?dāng)_（FEXT）：干擾信號在傳輸線遠(yuǎn)端疊加· 成因：相鄰走線間的互容（Capacitive Coupling）和互感（Inductive Coupling）所導(dǎo)致（4）抖動噪聲（Jitter）抖動通常由
RJ和DJ組成由抖動造成的噪聲會干擾信號的傳輸，導(dǎo)致信號質(zhì)量下降· 分類：隨機(jī)抖動（RJ）：由熱噪聲等隨機(jī)因素引起，符合高斯分布確定性抖動（DJ）：由周期性干擾（如電源噪聲、時(shí)鐘偏移）引起· 影響：總抖動超過
信號單位間隔（UI）的20%時(shí)，誤碼率會顯著上升3、高速互連系統(tǒng)的構(gòu)成高速互連系統(tǒng)通常由發(fā)射機(jī)（Tx）、接收機(jī)（Rx）和通道（Channel）三個(gè)關(guān)鍵部分組成發(fā)射機(jī)負(fù)責(zé)將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為適合在通道上傳輸?shù)哪?/p>
擬信號。接收機(jī)負(fù)責(zé)接收通道傳輸?shù)哪M信號，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。通道是發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的物理連接，通常由PCB、高速線纜和連接器組成，它主要負(fù)責(zé)高速信號的傳輸工作。
4：高速互連系統(tǒng)的構(gòu)成示意3.1發(fā)射機(jī)發(fā)射機(jī)是高速信號傳輸系統(tǒng)的起點(diǎn)，它負(fù)責(zé)生成并發(fā)送信號在發(fā)射機(jī)中，信號經(jīng)過調(diào)制、放大等處理后，通過輸出端口發(fā)送到通道中發(fā)射端常用預(yù)加重（Pre-emphasis）技術(shù)補(bǔ)償
高頻損耗例如PCIe Gen5發(fā)射機(jī)通過增強(qiáng)第一個(gè)比特的幅度來抵消通道衰減3.2 通道通道是信號傳輸?shù)拿浇?，它可以是PCB上的走線、連接器或電纜等在通道中，信號會受到衰減、串?dāng)_、色散效應(yīng)和阻抗失配等因素。
的影響，導(dǎo)致信號失真在進(jìn)行通道設(shè)計(jì)時(shí)，需要充分考慮阻抗匹配、衰減特性以及頻率響應(yīng)等因素3.3接收機(jī)接收機(jī)是高速信號傳輸系統(tǒng)的終點(diǎn)，它負(fù)責(zé)接收并解碼信號在接收機(jī)中，信號經(jīng)過放大、濾波等處理后，通過輸入端口送到后
續(xù)電路中進(jìn)行處理接收端通過集成均衡器（Equalizer）修復(fù)信號畸變，如連續(xù)時(shí)間線性均衡器（CTLE）和決策反饋均衡器（DFE）4、信號完整性測量與評估為了評估高速系統(tǒng)的信號完整性，需要采用一系列測量技
術(shù)和評估指標(biāo)這些技術(shù)和指標(biāo)包括眼圖分析、誤碼率測試（BERT）、頻域S參數(shù)以及時(shí)域反射特性（TDR）等4.1眼圖分析眼圖分析是一種常用的信號完整性評估方法它通過將高速數(shù)字信號的1、0和相應(yīng)轉(zhuǎn)換疊加在一起，形成類似眼睛的波形，從而。
評估信號的失真程度。眼圖開口越大，表示信號質(zhì)量越高；眼圖閉合或模糊則表示信號質(zhì)量較差。通過眼圖分析，可以直觀地了解信號在整個(gè)傳輸鏈路中的失真情況，為優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
5：高速傳輸鏈路的眼圖分析示意4.2誤碼率測試（BERT）誤碼率測試是一種通過發(fā)送已知模式的信號并檢測接收端錯誤來評估系統(tǒng)性能的方法在BERT測試中，發(fā)射機(jī)發(fā)送一系列已知模式的信號（如偽隨機(jī)二進(jìn)制序列PRBS），接收機(jī)接收并解
碼這些信號，然后統(tǒng)計(jì)接收到的錯誤碼數(shù)通過計(jì)算誤碼率（即錯誤碼數(shù)與總碼數(shù)之比），可以評估系統(tǒng)的性能穩(wěn)定性誤碼率越低，表示系統(tǒng)性能越穩(wěn)定4.3頻域S參數(shù)散射參數(shù)（S參數(shù)）是描述網(wǎng)絡(luò)端口之間傳輸和反射特性的參數(shù)。
在高速系統(tǒng)中，S參數(shù)可以用于評估通道性能和阻抗匹配情況。通過測量S參數(shù)，可以了解通道的頻率響應(yīng)、衰減特性以及反射系數(shù)等信息。這些信息對于優(yōu)化通道設(shè)計(jì)、提高信號完整性具有重要意義。
6：單端S參數(shù)和混合模S參數(shù)的端口對應(yīng)關(guān)系· Sdd21（差分插入損耗）反映信號從差分端口1到差分端口2的傳輸效率，測量帶寬通常需覆蓋信號基頻（來奎斯特頻率）的1.5-2倍，具體要求視產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)而定· S
cd21（模式轉(zhuǎn)換損耗）衡量差分信號轉(zhuǎn)換為共模噪聲的能力，這項(xiàng)參數(shù)的測量數(shù)值通常需要低于-30 dB以抑制EMI影響4.4時(shí)域反射特性（TDR）時(shí)域反射是一種用于測量通道阻抗變化和距離信息的方法在TDR
測試中，通過分析反射信號的波形和時(shí)間延遲，可以了解通道的阻抗變化和距離信息。TDR測試還可以用于定位通道中的故障點(diǎn)（如開路、短路等），為通道的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
7：高速傳輸鏈路的TDR分析示意5、案例分析與實(shí)踐應(yīng)用以高速串行通信接口為例，如PCIe5.0/6.0、IEEE 802.3ck/dj等接口對數(shù)據(jù)傳輸速率有著極高的要求在設(shè)計(jì)這些接口時(shí)，需要充分考慮信號完整性
問題具體來說，需要采用阻抗匹配技術(shù)來減小反射現(xiàn)象的發(fā)生，需要采用預(yù)加重/去加重技術(shù)來補(bǔ)償高頻成分的衰減需要采用差分信號傳輸來提高信號的抗干擾能力和信號完整性，同時(shí)還需要采用先進(jìn)的測試技術(shù)和評估指標(biāo)來驗(yàn)證
系統(tǒng)的性能穩(wěn)定性案例1：眼圖閉合· 現(xiàn)象：接收端眼圖水平閉合，誤碼率升高· 診斷：通道高頻衰減導(dǎo)致上升時(shí)間延長· 解決方法： 發(fā)射端啟用預(yù)加重（增強(qiáng)前幾個(gè)比特的高頻分量） 接收端配置CTLE均衡器，提升高
頻增益案例2：PCB近端串?dāng)_超標(biāo)· 現(xiàn)象：相鄰信號線間串?dāng)_達(dá)-25 dB，超出設(shè)計(jì)規(guī)格（-30 dB）· 診斷：走線間距不足（例如僅2倍線寬）· 解決方法： 重新布線，將間距增至3倍線寬以上 在走
線間插入接地屏蔽線案例3：PCB高頻衰減過大· 現(xiàn)象：趨膚效應(yīng)和介質(zhì)損耗導(dǎo)致高頻分量衰減，眼圖閉合· 診斷：板材選擇不恰當(dāng)，其在高頻時(shí)的損耗太大· 解決方法： 使用低損耗PCB板材 發(fā)射端預(yù)加重或接收端均衡（如
CTLE、DFE）6、總結(jié)隨著數(shù)據(jù)傳輸速率的不斷提升和新技術(shù)的發(fā)展，信號完整性將面臨更多挑戰(zhàn)和機(jī)遇未來，我們需要不斷探索新的測試技術(shù)和設(shè)計(jì)方法，以滿足更高性能的系統(tǒng)需求以確保高速電子系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和高效。
傳輸工程師通過精確建模（如S參數(shù)仿真）、嚴(yán)格測試（如眼圖與BER分析、TDR和S參數(shù)測試）及針對性優(yōu)化（如預(yù)加重和均衡技術(shù)），能夠有效應(yīng)對高頻衰減、串?dāng)_和反射等挑戰(zhàn)未來，隨著數(shù)據(jù)傳輸速率向更高速率演進(jìn)，信號完整性技
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