影响信号完整性的七大原因分析

[导读]广义上讲，信号完整性(Signal Integrity，SI)包括由于互连、电源、器件等引起的所有信号质量及延时等问题。数字信号在传输的过程中，由于阻抗匹配、串扰等原因导致信号变差。

广义上讲，信号完整性(Signal Integrity，SI)包括由于互连、电源、器件等引起的所有信号质量及延时等问题。数字信号在传输的过程中，由于阻抗匹配、串扰等原因导致信号变差。

数字信号完整性就是研究信号在传输过程中的保真度问题。

1、线电阻的电压降的影响——地电平(0电平)直流引起的低电平提高

图中虚线为提高的情况。提高幅度与IC的功耗大小、IC密度、馈电方式、地线电阻(R) 、馈电的地线总电流有关。 ΔV地= ΔI× ΔR

2、信号线电阻的电压降的影响

a) IC输出管脚经过印制导线或电缆到另一IC的输入脚，输出低电平电流在印制导线或电缆电阻上引起一个低电平的抬高，其值为ΔVOL=IOL×R 。见图中的上面一条虚线。

显而易见，低电平的抬高与印制导线电阻值及输出低电平电流有关，如下图所示： B点的低电平比A点的低电平高

注意:当IC输出脚为低电平时，如果此器件不是驱动器，而是一般器件，则由于输出低电平电流太大，远大于器件手册给出的值，输出三极管将退出饱和区，进入工作区，使输出低电平抬高很多。如下图中上面一条虚线所示:

决定因素：端接方式

端接电阻大小

输出管饱和深度

输出管β值

b) IC输出管脚经过印制导线或电缆到另一个IC的输入脚，输出高电平电流在印制导线或电缆电阻上引起一个高电平的降低，其值为ΔVOH=IOH× R，见下图中高电平上的下面虚线：

IOH由下列因素决定：端接方式、端接电平、端接电阻大小

R由下列因素决定：线宽、线厚、线长

显而易见，高电平的降低与印制导线或电缆电阻值及输出高电平电流有关，如下图所示：

B点的高电平比A点的高电平要低

注意: IC输出脚为高电平时，如果此器件不是驱动器，而是一般器件，则由于输出高电平电流太大，远大于器件手册给出的值时，输出管也会退出饱和区，进入工作区，使输出高电平降低很多。如下图中下面一条虚线所示：

3、电源线电阻的电压降的影响

IC的电源电压(如+3.3V)，如果系统中存在差值，当小于+3.3V时，输出高电平将产生一个下降值，如上图中高电平上的虚线所示:

由于系统电源有集中电源和分散的电源模块之分，此差值不同，由于IC功耗的大小、IC密度、馈电方式、电源线的馈电电阻值以及电源电流值，引起一个 ΔVCC (ΔVCC =ΔI×ΔR)

以上原因，使TTL信号波形变得离理想波形很远了。低电平大为提高了，高电平也大为降低了。对这些值若不严加控制，对系统工作的稳定可靠工作是不利的。此外，结温差，即不同功耗的器件的P-N结的温度不同，还会影响高低电平及门槛电平的变化也会影响系统工作。

除上面所说的直流成分之外，更为重要的是系统是以极高频率在工作，也就是说，系统内的器件、导线有各种频率的，各种转换速率的信号在动作、传递。首先是相互之间的信号电磁藕合 (串扰) 和信号在不同特性阻抗传输路径上的反射，以及电源，地电平由于IC高频转换引起电流尖峰电平，使TTL信号波形变得更坏。

4、转换噪声

由于系统工作时，器件以高频转换，造成供电系统上有高频率变化的电流尖峰，而供电的电源线路和地线路都可看成是很小的电阻、电感、电容元件。电流尖峰值太大，在它们上面会产生较大的交流尖峰电压，其电源上的尖峰电压基本上会串扰到高电平上，而地电平上的尖峰电压会串扰到低电平上，如下图所示：IC内部同样存在这种尖峰电压。