1.2　信号完整性问题的分类

信号完整性问题可以分为以下四类。

单根传输线的信号完整性问题——反射效应。

相邻传输线之间的信号串扰问题——串扰效应。

与电源完整性相关的问题——轨道塌陷。

电磁干扰（Electro-Magnetic Interference，EMI）和辐射问题——电磁干扰。

这四类信号完整性问题的解决方案是按照层次逐级递进的。也就是说，在实施信号完整性问题的解决方案时，要按照上述的分类顺序依次解决好问题，然后解决下一个层次的问题。显然，这已涉及广义的信号完整性了，它融合SI、PI、EMI为一体。在实际应用中，SI、PI、EMI经常由不同的工程师负责。这个时候，工程师们就要协同合作，做出相对完美的产品。

在实际工作中，信号完整性问题大部分都是反射和串扰。在单个网络信号完整性问题中，几乎所有的问题都是信号传输路径上的阻抗不连续所导致的反射。反射是指传输线上存在回波，驱动器输出信号（电压/电流）的一部分经传输线到达负载端的接收器；由于不匹配一部分又被反射回源端驱动器，在传输线上形成振铃。串扰是指两个不同网络之间引起的干扰和噪声。

1.2.1　反射

源与负载阻抗不匹配会引起线上反射，负载将一部分电压反射回源。如果负载阻抗小于源阻抗，反射电压为负；反之，如果负载阻抗大于源阻抗，反射电压为正。布线的几何形状、不正确的线端连接、经过连接器的传输及电源平面的不连续等因素的变化均会导致此类反射。

在实际工作中，很多硬件工程师都会在时钟输出信号上串接一个电阻，这个电阻的作用就是为了解决信号反射问题。随着这个电阻的加大，振铃就会消失，但信号上升沿不再那么陡峭了，这种解决方法称为阻抗匹配。阻抗在信号完整性问题中占据着极其重要的地位。

1.2.2　串扰

我们在实验中经常发现，有时对于某根信号线，从功能上来说并没有输出信号，但测量时，会有幅度很小的规则信号波形，好像有信号输出。这时如果测量一下与它邻近的信号线，则会发现某种相似的规律，这就是串扰。如果两根信号线靠得很近的话，通常会出现串扰。

当然，被串扰影响的信号线上的波形不一定和邻近信号波形相似，也不一定有明显的规律，更多的是表现为噪声形式。串扰在当今的高密度电路板中一直是个让人头疼的问题，由于布线空间小，信号线必然靠得很近，所以只能控制而无法消除串扰。对于受到串扰影响的信号线，邻近信号的干扰就相当于噪声。串扰的大小和电路板上的很多因素有关，并不仅与两根信号线间的距离有关。当然，这个距离最容易控制，也是最常用的解决串扰的方法，但不是唯一方法，这也是很多工程师容易误解的地方。

串扰是由同一个PCB上的两条信号线与地平面（称为三线系统）引起的。串扰是两条信号线之间的耦合，信号线之间的互感和互容引起线上的噪声。容性耦合引发耦合电流，而感性耦合引发耦合电压。PCB板层的参数、信号线间距、驱动端和接收端的电气特性及线端接方式对串扰都有一定的影响。

1.2.3　轨道塌陷

噪声不仅存在于信号网络中，也存在于电源分配系统。我们知道，电源和地之间电流流经路径上不可避免存在阻抗，除非电路板上的所有东西都变成超导体。那么，当电流变化时，不可避免产生压降，因此，真正送到芯片电源引脚上的电压会减小，有时减小得很厉害，就像电压突然产生了塌陷，这就是轨道塌陷。

轨道塌陷有时会产生致命的问题，很可能影响电路板的功能。高性能处理器集成的门数越来越多，开关速度也越来越快，在更短的时间内消耗更多的开关电流，可以容忍的噪声变得越来越小，但同时控制噪声越来越难。由于高性能处理器对电源系统的苛刻要求，构建更低阻抗的电源分配系统变得越来越困难。理解阻抗是理解信号完整性问题的关键。

1.2.4　电磁干扰

当板级时钟频率为100～500MHz范围时，这一频率范围的前几次谐波在电视、调频广播、移动电话和个人通信服务这些普通通信波段内，这就意味着电子产品极有可能干扰通信，所以这些电子产品的电磁辐射必须低于容许的程度。如果不对电子产品进行特殊设计，电子产品在较高频率时，会出现更为严重的电磁干扰。共模电流的辐射远场强度随频率增大呈线性增加，而差分电流的辐射远场与频率的平方成正比，随着时钟频率的提高，对辐射的要求必然也会提高。

电磁干扰问题有3个方面：噪声源、辐射传播路径和天线。每个信号完整性问题的根源也是电磁干扰的根源。电磁干扰之所以这么复杂，是因为即使噪声远远低于信号完整性噪声预算，它也会足以引起严重的辐射。