1、什么是信号完整性及其根源
随着电路工作频率地不断提高，在电路设计过程中不得不去考虑“0”、“1”码流是否准确无误地传输到接收端，接收端是否能准确无误地判断出来。尽管传输信息是数字的，但是承载这些信息的电压或电流波形却是模拟的，噪声、损耗、供电的不稳定等多种因素都会使电压或电流波形发生畸变，如果畸变到一定程度，接收器就可能错误判断发送器输出的“0”、“1”码，这就是信号完整性问题。
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。
信号完整性问题和很多因素有关，频率提高、上升时间减小、摆幅降低、互连通道不理想、供电环境恶劣、通道之间延时不一致等都可能导致信号完整性问题。但究其根源，主要是信号上升时间减小了。上升时间越小，信号中包含的高频成分就越多，高频分量和通道间相互作用就可能使信号产生严重的畸变。
2、SI 设计的误区
2.1、误区 1：认为只要跟着设计流程做，就可以做好SI设计
规范开发流程的确很重要，但是流程无法解决SI设计中的具体技术问题。例如：
⑴ 普查单板中有哪些关键信号及各个信号的性质。
⑵ 识别并确定容易出问题的信号。
⑶ 确定改进信号质量的方向。
⑷ 了解IO BUFFER 的特点。
⑸ SI前仿真确定总体设计方案。
⑹ PCB布局布线。
⑺ SI后仿真进行问题评估。
⑻ 调整设计方案及设计参数，进一步仿真优化。
2.2、误区 2：没有针对性，不分轻重
SI问题纷繁复杂，不可能把涵盖所有问题的解决方法都用在一块电路板上，即使有，那又有多大的适应性呢？不同性质的信号关注的重点不一样，对于GHz以上的高速串行信号非常关注通道中的互连线、过孔、连接器等结构的优化，这些措施用在只有几MHz的普通信号上就完全没有必要。时钟信号由于要考虑频谱和相噪，非常关注电源的质量，要求也会很严格，如此严格的要求用在普通的局部总线上同样没有必要。产品设计不但要考虑性能，成本和可实现性也同样重要，要根据信号性质进行有针对性的SI设计。
2.3、误区 3：盲从于设计规则
很容易就可以找到一大堆的设计规则：高速信号串接33Ω的电阻、时钟信号走内层、避免直角走线、间距满足3W原则、使用20H原则处理地平面、芯片每个电源引脚加一个0.1μF电容等，这类规则数不胜数。热衷于搜集并逐条对应，没有太大意义。SI设计是为了解决特定工程遇到的问题，当前遇到的问题是什么？各种规则是解决什么问题的？哪些规则能解决当前的问题？能在多大程度上解决？只有真正了解了这些问题，才能更好的运用规则来解决实际问题。
2.4、误区 4：不重视量化评估
举例说明——磁珠滤波电路的设计问题。经常有人问电容该选多大的，磁珠选哪种阻抗的。对这个问题负责任的回答一定是“看情况而定”。具体问题具体分析，不同的应用对电源需求是不一样的，没有通用的磁珠滤波设计。有些电路的电流需求几乎可以认为是恒定的，没有高频电流需求，只需要把电源中的高频成分衰减到一定程度就可以了，这时只需要关注滤波电路的频响特性。但在有些设计中，不但需要抑制外部电源噪声，电路本身也有瞬态电流需求，也会产生瞬态噪声，这时对电源系统的阻抗也有要求，需要把滤波电路的频响特性和电源系统的阻抗特性联合起来设计。没有针对性的量化评估是不可能完成的。
在SI设计中量化评估非常重要，仿真应该成为一种习惯，融入到电路设计中。
2.5、误区 5：片面追求解决个别问题，忽视其他问题
究其原因是对SI各种问题的平衡把握不好。时序设计中的等长问题是一个典型的例子，如果对等长要求过于严格，布线的时候必须反复绕线才能满足等长要求。结果走线非常密集，增加了很多可以避免的串扰风险。在一些低成本的电路板上，很多信号线都走在表层，远端串扰非常大，串扰带来的延时不确定性远高于走线不等长的影响，这种做法得不偿失。走线等长要求最终还是为了调制信号的延时，所有影响信号延时的因素要放在一起综合考虑。
SI设计是系统工程，需要综合权衡，不能因为对某一个问题的强求而恶化其他问题
3、关于经验法则
经验法则（rule of thumb）是一种可以广泛应用于多种情况下的原则或方法。在SI设计中，经验法则用于粗略估计某种参数或指定设计中应该遵循的原则。比如，FR4板材上信号的衰减大约为0.1dB/inch/GHz，这种经验法则可以在设计之前快速粗略地估计信号可能有多大的衰减。
有一些经验法则在过去可能很有用，但随着技术的发展，现在已经不适用了。比如，众所周知的0.1μF去耦电容的问题，过去的低速时代通用的做法是在芯片的每一个电源脚加上一个0.1μF电容，那时这样做没有问题。随着信号速率越来越高，对电源的要求也越来越苛刻，这种做法就会导致极大地设计风险，甚至电路完全无法工作。
在硬件设计领域，由于缺乏对SI知识的深入了解，很多经验法则在设计过程中被不加评估地使用。在不清楚经验法则背后的机理和使用该法则的前提条件的情况下，往往导致不稳健的设计。
应该指出，大多数经验法则经过不断地检验，的确非常有用。关键在于怎么用，用好了对设计很有帮助，用不好可能反而有害。要想正确使用经验法则，必须了解其背后的机理、影响、前提条件等。
经验法则应该是工程师的得力助手，而不应该成为强制措施。
4、SI 设计与 SI 仿真
一直有这种观念：SI 设计就是 SI 仿真。产生这种想法的根本原因在于缺乏对SI设计的深入了解。
SI 设计需要在掌握的 SI 知识的基础上，识别出哪些因素可能影响较大，怎样去做仿真评估，综合多项仿真结果制定决策，找出解决方案，对互相冲突的问题进行平衡。SI 仿真尽管很重要，但也仅仅是 SI 设计中的一个环节和手段。SI 设计中最重要的是对 SI 基础理论的理解和掌握，以及以此为基础结合仿真结果的决策。
罗列一下有益的建议：
♥ 仿真可以降低设计风险，前提是正确仿真并正确解读仿真结果。
♥ 错误解读仿真结果会带来更大的“有意识犯错”的风险。
♥ 仿真应该变成一种习惯，但应清楚它只是设计手段的一种，而不是全部。
♥ 不要把仿真变成简单的软件操作，要用SI设计的思想赋予仿真更多的内涵。
♥ 仿真的关键在于仿什么、怎样仿？
♥ 仿真应建立在对SI理论深入理解的基础上，理论基础越扎实，仿真效果就越好，
误用仿真结果的风险就越小。
♥ 去支配仿真工具，不要被仿真工具支配
5、SI设计的特点
5.1、SI 设计是个性化的
不同的工程有不同的设计重点，要根据具体的工程进行有针对性的SI设计，所以SI设计是个性化的。比如，对于局部总线，关注的仅仅是信号本身的质量，对反射、串扰、电源滤波等几个方面简单的设计就能让电路正常工作。在高速同步总线（如DDR）中，只关注反射串扰电源等基本问题还不够。信号波形本身质量好，不能保证电路正常工作，还要满足时序要求。时钟频率很高时，设计的重点应落在总线的时序上，改善信号本身质量的最终目的还是为了满足时序要求。在时钟电路中，设计的重点在于保证时钟边沿的单调性、时钟频谱的纯净度、时钟的抖动等性能指标，所采取的措施都应该为这些目的服务。在GHz高速串行互连中，通道的影响至关重要，通道损耗和阻抗连续性是设计重点之一。除此之外，参考时钟、电源质量亦必须认真设计以达到要求。预加重和均衡参数的调制和优化是另外一项必须认真考虑的因素。
SI设计要适应不同工程的要求，进行个案设计。
5.2、SI 设计是系统工程
对很多 SI 问题，无法使用单一措施进行解决，需要多种措施相互辅助共同起作用才能成功。比如，简单的点对多点拓扑互连，可能会有几个接收端的信号波形很差，单一的末端并联端接无法解决这个问题，还需要结合线长和线宽调整、拓扑调整或者使用阻尼电阻等措施，才能最终解决信号质量的问题。
5.3、SI 设计是平衡的艺术
很多SI规则会相互冲突，必须懂得平衡。比如，小的去耦电容要尽量靠近芯片的引脚放置，另一方面，信号线的串联端接电阻也要求尽量靠近驱动器放置，但是往往芯片周边的空间非常拥挤，无法同时让这两个要求同时达到最优，通常使用多个信号层和平面层可能更好的改善 SI 性能，但这时仍需在性能和成本之间进行平衡。
SI 设计是“平衡的艺术”，设计的最终目标是得到稳定可用的产品，为了达到这个要求，设计过程中的各项措施都要有适当的弹性。
6、基础的重要性
信号完整性中，描述各种现象的名词很多，如振铃、上冲、下冲、过冲、串扰、共阻抗、共模、电感、回路电感、单位长度电感、回路面积、容性负载、寄生电容、衰减、损耗、谐振、反射、地弹、阻抗突变、残桩、模态转换、抖动、误码率等。SI 问题看似繁杂，但是充分理解这些基本知识，掌握相互之间的联系，解决问题时就会有一个清晰的脉络，很多问题就能迎刃而解，不会无所适从。
“直觉”对 SI 设计非常重要。直觉的形参需要坚实的理论作为基础，没有坚实的基础，仿真可能会变成盲目的试验，费时费力，而且可能找不到最佳的解决方案。理论掌握得越好，仿真效果越好。
希望通过本文的梳理能让自己在实际应用中少走些弯路，少掉进些坑，共勉之！！