浅谈“信号完整性”
开发五部 徐后乐
1.信号完整性是什么？
信号完整性是指信号在传输路径上的质量， 传输路径可以是普通的金属线，可以是光 学器件，也可以是其他媒质。信号具有良 好的信号完整性是指当在需要的时候，具 有所必需达到的电压电平数值。差的信号 完整性不是由某一单一因素导致的，而是 板级设计中多种因素共同引起的。--来自百 度百科
（4）自感和互感
自感：导线中流过单位安培电流时所产生 的环绕在导线周围的磁力线圈匝数。
互感：一根导线中流过单位安培电流时产 生的环绕在另一根导线周围的磁力线圈匝 数。
互感的经验法则：当两个导线间距大于导 线长度时，两段导线间的局部互感小于任 一段导线局部电感的10%，这时互感可以忽 略不计。
9电流分布和趋肤效应
不仅导线的外部存在磁力线圈，导线的内 部也存在磁力线圈。
导线外部的磁力线圈不会穿过导线，所以 外部的磁力线圈不会随着信号频率变化； 在导Байду номын сангаас内部，越靠近导线中心，磁力线圈 越多，因而电感越大。
信号都是沿着最低阻抗路径传播的。电感 大的电流路径，其阻抗越大。导线中心电 感大，所以其阻抗大，所以信号选择导线 的表面传输。
趋肤效应
高频时，信号只在导体的表面很薄的一层 流动。
趋肤效应引起：电流流过的横截面积很薄， 所以导线阻抗变大。信号频率越高，在导 线上传输时，衰减越大。
颜色越淡，电流密度越大
10 信号路径
信号存在于一个回路中。信号传输路径由 信号路径和返回路径构成。
下图中的GND、VCC_5V都可以是返回路径
例如：当两个过孔（板厚1.6mm,所以过孔的 长度是64mil)中心距大于64mil时，这两个过 孔之间就几乎没有什么耦合了。
8感应电压
当导体周围的磁力线圈匝数变化时，导体 两端将产生感应电压。
感应电压的重要性
感应电压是电感在信号完整性中意义重大 的根本原因。感应电压引起传输线效应、 串扰、开关噪声、轨道塌陷、地弹等
路为基础，研究数字电路的模拟特性。主要包含 两个方面：信号的幅度(电压)和信号时序。
与信号完整性噪声问题有关的四类噪声源：

1、单一网络的信号质量

2、多网络间的串扰
3、电源与地分配中的轨道塌陷
4、来自整个系统的电磁干扰和辐射
4.本讲座讨论范围
本讲座主要讲解了：影响信号完整性的一 个因素—电感以及与信号完整性有关的理 论知识、在电路板设计中需要注意的事项
（3）影响磁力线圈匝数的多少有哪 些因素？
因素有很多。主要： 1.导体电流的大小。电流增大一倍，电流周围磁
力线圈韦伯数也会增加一倍。 2.导线长度。导线越长，磁力线匝数越多。 3.导线的横截面积。横截面积越大，匝数就会减
少。 4.附近的其他电流也会影响该电流周围的磁力线
圈匝数。 5.铁、钴、镍构成的导线会影响磁力线圈总匝数。
电流的周围。对于1段直导线，如图所示：
若导线中电流流过，那么在导线周围将产 生同心的环形磁力线圈。自上而下，导线 周围都存在磁力线圈。距离电流表面越远， 所遇到的磁力线圈数就越少。如果距离电 流表面足够远，则磁力线圈数将非常少。
（2）如何衡量磁力线圈的多少
以韦伯为单位来计算电流周围的磁力线圈 匝数。
5.听完本讲座可能带来的结果
听完本讲座可能有如下结果： （1）没什么收获。 （2）接受错误的知识。 （3）感觉高速电路设计也不是那么难，如
果有机会自己也能设计出高速电路。
下面正式开始我们的讲座了！！！
6.磁力线圈
（1）磁力线圈是什么？ 答：是一个新的基本实体，它环绕在所有
当b远离a时，互磁力线圈匝数就会减少。
（3）a导线周围的磁力线圈总匝数？
1.a和b电流方向相同：a和b各自的自磁力线 圈的方向相同，则a导线周围的磁力线圈总 匝数=a的自磁力线圈匝数+互磁力线圈匝数
2.a和b电流方向相反：a和b各自的自磁力线 圈的方向相反，则a导线周围的磁力线圈总 匝数=a的自磁力线圈匝数-互磁力线圈匝数
该信号是怎么产生的？
2.研究信号完整性的意义
若在电路板设计时不考虑信号完整性的影 响，逻辑功能正确的电路在调试时往往会 无法正常工作 。
为了电路能够正常工作，在电路设计过程 中需要掌握信号完整性的知识指导电路设 计。
3.信号完整性的研究范围
目前一般讨论的信号完整性基本上以研究数字电
信号总是选择最低阻抗的路径传输。
（1）由于趋肤效应，信号在导体的表面传输； （2）返回路径中的电流分布集中在信号路径的下
面。为什么？而且频率越到，电流越集中。
根据上面的两条，我们得出结论： ？
谢谢
（1）地弹
信号总是一个回路，a是信号路径，b是返回 路径（电源平面或者地平面），返回路径 产生的压降成为地弹。
减小地弹的两种方法（1）减小回流电流的 变化。
（2）减小返回路径的总电感。使用短且宽 的平面以减小返回路径的局部自感；将电 流和其返回路径尽量靠近以增大互感。
电源和地过孔的处理
7导体中的电感
（1）导体中的电感是导体上流过单位安培 电流（1A电流）时，导体周围磁力线圈的 韦伯值。
电感（L)=总匝数（N）/电流（I）
导线中的电感和导体的几何结构有关，与 流过的电流大小无关。
（2）自磁力线圈和互磁力线圈
导线a有电流流过，其周围就会有磁力线圈 和电感；导线b有电流流过，导线b产生的 磁力线圈一部分环绕住导线a。所以，对于 导线a,环绕在它周围的磁力线圈一部分由其 自身的电流产生，即自磁力线圈，一部分 由临近的b的电流产生，即互磁力线圈。