在前文 信号完整性小记 ~ 前言 中已对信号完整性定义以及根源等基本问题进行了小结，本文在回顾前文的基础上对相关具体概念进行阐述，为后续分析讨论提供支持。
1、信号完整性应用环境
对于低频设计，互联和板层的影响可以不考虑，信号完整性主要是针对高速电路，高速电路有两个方面的含义：
- 一方面是频率高，通常认为数字电路的频率达到或超过 45MHz 至 50MHz，并且工作在这个频率之上的电路已经占到了整个电路的三分之一，就称为高速电路。
- 另一方面是对高速进行了量化的定义，当电路中数字信号在传输线上的延时大于信号上升时间的 1/6 时，认为是高速信号；当传输线长度大于传输有效长度的 1/6 时，认为是高速信号；
2、广义的信号完整性
信号完整性研究的对象是数字信号，数字信号的非理想退化呈现一种模拟效应。其原因是非常短的数字前后沿包含丰富的高频成分，数字信号也因此被称为宽带信号
物理互联的电阻、电容、电感寄生参数形成的传输线效应影响了系统性能，有四类广义的信号完整性问题：
⑴ 电路噪声之一 —— 单线网反射（reflection）
⑵ 电路噪声之二 —— 多线网串扰（crosstalk）
⑶ 电源完整性 —— 轨道塌陷（rail collapse）以及 SSN（simultaneous switching noise）
⑷ 电源完整性 —— 电磁干扰（EMI）
⑸ 数据完整性 —— 数据传输中的抖动
3、狭义的信号完整性
3.1 反射（Reflection）
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，由于不匹配一部分被反射回源驱动器，在传输线上形成振铃驻波。
Figure 1 Ringing in an unterminated line and good signal quality in a source-series terminated interconnect line. The PCB trace is only two inches long in each case. Scale is 1 v/div and 2 nsec/div. Simulated with Mentor Graphics Hyperlynx.
3.2 串扰（Crosstalk）
串扰是指两个不同互联网络之间引起的干扰和噪声，发生串扰的一方为攻击线网，被干扰的线网称为受害线网，通常每一个线网既是攻击者，又是受害者。反射和串扰合在一起，构成经典的狭义信号完整性问题。
Figure 2 Measured voltage noise at the near end and the far end of a quiet trace when a 200-mV signal is injected in the active trace. Note the near-end noise is about 7% and the far-end noise is nearly 30% of the signal. Measurements performed with an Agilent DCA86100 with time domain reflectometer (TDR) plug-in.
3.3 轨道塌陷、电源噪声及电源完整性（PI）
地弹是返回路径中两点间的非正常瞬变压降，通常由电流的突变引起。当流经返回路径电感的电流突变时，在电感上产生的压降就是地弹。电源地网络的阻抗突变也会形成地弹（即 IRdrop）。
电源分布网络（PDN）中轨道塌陷，是指由于电源/地网络中的路径压降过高，导致器件实际的净电压不足。目前，常规的 PDN 设计以目标阻抗为指标。
Figure 3 Measured Vcc voltage at three pin locations on the package of a microprocessor just coming from a “stop-clock” state. Nominal voltage is supposed to be 2.5V, but due to voltage drops in the power distribution system, the delivered voltage collapses by almost 125mV.
3.4 电磁干扰（EMI）及电磁完整性（EM Integrity）
微观电路（含互联）级的电磁兼容（EMC）称之为电磁完整性（EM Integrity），缩写也是 EMI（EMI = Electromagnetic Integrity; EMI = Electromagnetic Interference）。EMI 重在发射端、接收端及路径分析，包括抑制反射、抑制串扰、抑制共模电流和改进互联设计。电缆、导线或封装管脚都有不同程度的天线特性，PCB、IC的走线和电缆都能发射。
3.5 有损传输线以及数据完整性（DI）
有损传输线引起数据上升边沿退化，从而引起数据间干扰，进而形成严重的抖动问题，造成数据不完整，数据不能正确传输，加大误码率。当频率大于 1GHz 时，介质损耗增长与频率成正比，而导线损耗与频率平方根成正比。
4、信号完整性性的分析方法
分析和表征信号完整性，分为时域和频域两种途径和手段。时域是根本，可以用示波器观察信号波形的失真和眼图，找出 pin-to-pin 的时延、错位、抖动、噪声、过冲/下冲及建立/保持时间等，选用的仪器有TDR（Time Domain Reflectometry）。
频域是用频谱分析仪观察分析信号的波形，通常用于信号噪声的带宽分析、噪声抑制度量及 EMI 量级分析，仪器有 VNA（Vector Network Analyzer）和阻抗分析仪（IA）。
分析信号完整性有两种主要的技术工具：分析型和描述表征型。分析型指计算机仿真工具，表征型指测量工具。
分析工具强调推理推导，又进一步分为三类：经验法则、解析近似和数值仿真。经验法则比较直观快捷，解析近似忽略次要因素实现简捷有效的近似表征。数值仿真能够精确预测特征阻抗、串扰、任意截面传输线的差分/共模阻抗等，准确仿真任意端接对 SI 的影响。
4.1 研究信号完整性的八个原则
研究信号完整性有八个基本原则为参考：
- 从概念上，电容无处不在地影响 SI，电容上电压变化时必然形成电流。
- 从概念上，电感无处不在地影响 SI，只要电流或者磁力线匝数发生改变，在导线的两端就会产生电压。它是产生开关噪声、地弹、轨道塌陷、EMI 的内在机理。
- 用传输线的观点设计一段互联，要有信号及返回路径问题。
- PI 及 SI 中的“接地”，接地不当造成的问题比用接地解决的问题多，寻找和处理“返回路径”，而不是“地”。电源或地平面的三个功能是：器件供电；数字信号基准电压；降低噪声，抑制干扰。
- 高频损耗造成信号的上升边沿退化，不再是宽带信号，互联带宽不再是无限，而是有一本征带宽。
- 设计时的分析包括时域和频域两途径，在频域，使用中不能让实际信号带宽超过互联模型带宽
- 分析 SI 问题的三个层次：经验法则，解析近似，数值仿真技术。
- SI 的测量不可或缺，用于验证设计制造过程、降低风险、提高仿真的可信度。