什么是信号完整性

信号完整性用于衡量电信号从源传输到目标位置时的质量。它是指即使存在各种干扰时，信号也能保持预期形状和时序特征的能力。

信号完整性至关重要，因为它能够确保数据传输准确可靠，并且不受噪声、失真和反射等的不良影响。信号完整性缺失会导致数据传输错误，这可能会造成系统故障乃至重大的经济损失。

为了确保拥有适当的信号完整性，工程师可以使用 MATLAB^® 和 Simulink^® 来运行仿真并执行各种分析。这些仿真和分析有助于在实现系统之前发现潜在问题，从而节省时间、资源和资金。工程师还可以使用 MATLAB 设计和验证均衡系统，并优化信号质量。

关键要素：

• 布局前分析：在 PCB 布局前对高速串行和并行链路进行信号完整性分析，这有助于发现设计实现过程中可能出现的问题。
• 布局后验证：在布局后验证信号完整性，这有助于发现由布线和组件等不同因素导致的问题。
• IBIS-AMI 模型：使用模型对集成电路、内存或系统之间复杂的高速接口进行仿真。
• 信号完整性可视化：使用衰减、时序抖动和眼图等指标来衡量信号质量，并识别信号失真问题。

为了帮助了解信号完整性分析的详细信息，MathWorks 提供了一系列工具，包括 Signal Integrity Toolbox™、SerDes Toolbox™、RF PCB Toolbox™ 和 Mixed-Signal Blockset™。它们提供了从系统的布局前分析到布局后验证等一系列功能，同时可生成可视化结果，如眼图、波形图、频谱图、眼图轮廓和时钟偏移预算分析。这些工具提供了全面的方法，用于防止数据通信系统或高速电子设备出现问题。

布局前分析

要实现良好的信号完整性，一个关键步骤是进行布局前分析。这种分析通常在设计阶段完成，旨在发现潜在的问题，并帮助工程师作出明智的决策以优化设计。

通过执行布局前分析，工程师可以在设计周期的早期发现并解决潜在问题，从而降低后期高成本的设计修订和修改的风险。这种分析还可帮助设计人员针对信号完整性优化设计，从而使设计更加稳健可靠，且符合行业标准。

用于通道分析的 IBIS-AMI 模型

IBIS-AMI（I/O 缓冲区信息规范 - 算法建模接口）是一种建模标准，用于高速通道的布局前分析和布局后验证。IBIS-AMI 将一个信号路径内各组件的电气特性相结合，形成一个完整的通道模型，使工程师能够更准确、更高效地仿真复杂的高速数字系统。

在布局前分析和布局后分析中使用 IBIS-AMI 模型，有助于优化设计时间，降低设计错误风险，并提升高速数字系统的整体性能。然而，创建准确可靠的 IBIS-AMI 模型可能是一个复杂而耗时的过程，需要专业技术知识和专用软件工具，如 SerDes Toolbox。

信号完整性可视化

在高速数字设计中，必须确保信号在传输过程中保持完整，才能实现良好的信号完整性性能。评估信号完整性需要用到各种指标和可视化，包括：

• 电压裕度用于度量信号振幅和信号噪声裕度之间的差异。电压裕度应足够高，才能确保信号可以在接收机处可靠地解调。
• 时序分析涉及计算信号的上升和下降时间、传播延迟和抖动。工程师利用时序分析来评估设计的时序预算，并确保信号在要求的时窗内转换。
• 抖动是信号时序随时间的变化。引起抖动的原因可能有很多，包括信号失真、串扰、电源噪声和衰减。工程师可以使用抖动直方图和眼图，识别和分析高速数字系统中的抖动。
• 眼图用于分析信号性能随时间的变化，并识别潜在的信号完整性问题。它们涉及绘制信号振幅随时间变化的图，通常采用直方图形式。这种可视化方法有助于全面了解信号的行为，包括抖动、噪声和时序问题。
• 误码率 (BER) 是用于计算数据流中的错误位数的指标。BER 值越高，信号完整性就越差。工程师可以利用 BER 来量化设计性能并优化设计。
• 衰减用于衡量信号随距离或时间变化而产生的损失。如果衰减程度高，则可能会导致信号失真和信号故障。工程师可以使用衰减测量值来评估信号的性能，并设计传输线和电路以最大限度地减少衰减。
• 串扰指一个信号的电场对相邻信号产生的噪声干扰。工程师可以使用串扰测量值来评估通道之间的干扰程度，计算串扰耦合系数，并确定降低串扰程度的设计方法。
• 时域反射技术 (TDR) 是一种用于测量传输线阻抗的分析方法。TDR 可将信号输出与传输线末端反射的输入信号进行比较。这种方法有助于确定传输线上的阻抗变化情况和信号完整性问题。
• 通道操作裕度 (COM) 用于量化设计中信号眼图与最差情形下的影响之间的裕度。COM 可帮助工程师评估设计中的信号完整性性能，并确定需要改进的地方。