摘要：跟着半导体工艺的不断发展，数字信号的速率也愈来愈高，Gbps以上的高速信号现已随处可见。面临高速规划的新范畴，硬件规划工程师们需求改 变传统的规划理念，他们需求以愈加超前的思想去考虑自己即将规划的信号的质量，或许在拟定产品规划方案的时分就需求进行调研;需求在规划进程的每一个环节 去考虑信号质量问题，如方案规划环节，原理图规划环节，PCB规划环节，测验验证环节等等;需求考虑到体系中的每一个构成成分或许给信号质量带来的影响， 如过孔，电容，电感，阻抗，接插件等等;全部高速规划相关的问题也常被统称为信号完好性(即SI，Signal Integrity)问题，SI是当时硬件规划工程师们的一个最抢手的论题之一。和SI相关的两个最为重要的作业是信号完好性仿真和信号完好性测验。信号 完好性仿真是指运用仿真软件将芯片、信号传输链路的模型连接到一同，进行开端的信号质量的猜测，信号完好性仿真中一个最为重要的模型是S参数模型，它常被 用来模仿传输线、过孔、接插件等的模型，在仿真之初S参数常常是通过电磁场仿真软件等仿真的办法取得，然后再用相应的测验仪器如TDR、VNA以及力科新推出的新式专用于信号完好性范畴的信号完好性网络剖析仪SPARQ等进行测验验证。S参数模型贯穿于整个信号完好性剖析进程，它是全部信号完好性问题的心脏。
关键词： 信号完好性 仿真 S参数 树立时刻 坚持时刻
一、信号完好性的根本概念
SI(Signal Integrity)是指传输体系在信号的传输进程中坚持信号的时域和频域特性的才能。
在抱负状况下，信号在传输进程中不应该产生任何的改动，可是真实抱负的传输通道是不存在的，实际状况是信号通过一个非抱负的传输通道后会产生各 种各样的信号完好性问题。从信号质量视点考虑，首要有过冲、下冲、振铃、反射等，信号质量问题会导致接纳端芯片过错的判别接纳到的信号的逻辑特性，如将0 电平误认为是1电平，然后呈现数据传输过错，别的一方面是时序问题，首要表现为数据和时钟之间的时序联系，如接纳端的时钟信号和数据信号不满足树立时刻和 坚持时刻。
归纳来说，信号完好性问题首要表现为两个方面，一是信号质量问题;二是时序问题(首要是树立时刻和坚持时刻)。
1、信号质量问题
2、时序问题
树立时刻是指在时钟沿到来之前的一段时刻内数据必需求坚持有用状况(即高电平有用或许低电平有用)，时钟沿和数据开端有用之间的这段时刻即为树立时刻值;坚持时刻是指在时钟沿之后数据还必须坚持一段有用状况的时刻，时钟沿和数据开端失效之间的时刻即为坚持时刻值。
当时高功用示波器中都集成有树立时刻和坚持时刻的专用丈量参数，如下图所示的Lecroy示波器中的树立时刻和坚持时刻丈量示例。
二、怎么处理信号完好性问题
当时信号完好性工程师面临信号完好性问题首要有两个办法，一是信号完好性仿真，二是信号完好性测验。测验的意图的一方面是验证体系终究的信号完好性功用，二是验证仿真成果的精确性。
信号完好性仿真是在体系做成什物之前对整个体系进行仿真，体系中各个部分运用等效的电路模型，如下图5的高速背板体系能够等效为图6的模型。芯片运用厂家供给的HSPICE模型或许IBIS模型来等效，通道(包括接插件、过孔、传输线等)一般运用S参数模型来等效。
通道的S参数模型能够通过仿真软件提取得到，在完结什物今后，再运用测验办法进行S参数的测验验证以及体系全体功用的验证，如测验高速信号的眼图、颤动等。
由于硬件工程师无法改动芯片的模型，他们能够剖析研究的首要是整个链路的通道，而整个链路的通道呼应特功用够由S参数来衡量。S参数能够反响通 道中各个组成成分的特性，如损耗、衰减、反射等。因而仿真中S参数的正确性将直接影响到仿真成果的正确性和可信性。因而，在体系完结后对S参数进行测验验 证对错常有必要的。
三、S参数可反响出全部的信号完好性问题
下图7所示为一个二端口S参数中的S11和S21的根本图示，蓝色的标明S11参数又称为回波损耗,粉红色的标明S21系数又称为刺进损 耗,S11标明信号通过通道后的反射状况，S21标明信号通过通道后的损耗状况。从图中可见，跟着频率的升高(S参数曲线的横轴标明频率，纵轴标明幅 度)，反射越来越强(S11曲线越挨近0dB),损耗越大(S21曲线下降的越大)。反射越强标明体系的匹配或许没有做好，通道损耗过大标明走线或许太长 了，曲线不滑润则标明通道的阻抗连续性不是很好等。
四、S参数的丈量
S参数一般运用TDR(时域反射计)或许VNA(矢量网络剖析仪)来丈量，但这两者都比较贵重。尤其是VNA，由于其首要用于微波范畴，包括有许多具有微波特性的功用，因而价格往往比较贵，且功用杂乱，操作校准都需求必定的专业知识才不容易犯错，而信号完好性范畴的S参数测验则彻底不需求具有许多功用的VNA或许TDR。力科公司最近推出一款全新概念的专用于信号完好性范畴的S参数丈量的仪器，叫SPARQ，即信号完好性网络剖析仪，用一句话归纳即：SPARQ是一键操作式40GHz,4端口信号完好性网络剖析仪，是信号完好性工程师以经济型投入并能够快速、便利、精确的丈量出S参数和TDR的一种新式仪器。这款仪器十分适合于广阔信号完好性工程师运用。
