信号完整性（SI）必备基础知识
信号完整性（SI）必备基础知识
信号完整性（SI）是电子工程领域中的一个重要概念，主要关注信号在传输过程中的质量。本文将从多个方面介绍信号完整性领域的基础知识，包括关键术语、等效模型、过孔效应、传输线模型、反射、串扰、电磁仿真算法以及PCB参数提取方法等。
Key Words in SI World
寥寥数语，却已经涵盖了SI世界中所有的关键词，对这些关键词所对应的物理现象的深刻理解，将直接影响一位SI工程师的水平。
Equivalent Model of Capacitance
L是等效串联电感（ESL），来自于导线和电容器； R是电容器等效串联电阻（ESR），它是电容器耗散因数的函数； 工作频率是选择电容器最重要的考虑因素之一，其最大有用频率受到ESL的限制，从而产生自谐振，形成串联谐振点； 串联谐振可用于将不想要的频率有效地“短路”。
Equivalent Model of Inductance
R是线圈中的串联等效电阻； C是线圈中的分布电容； 工作频率是选择电感器最重要的考虑因素之一，其最大有用频率受到分布电容的限制，从而产生自谐振，形成并联谐振点； 并联谐振与串联谐振的作用正好相反，只有谐振频率可以“通过”而其它频率将被“短路”。
Equivalent Model of Resistance
实际应用中，电阻往往被简化为只考虑电阻值，因为相较于线绕电阻，薄膜贴片电阻的等效电感和分布电容可以被忽略。
Via effect
过孔的寄生参数是SI中最为关键的设计影响因素之一，理解并合理地评估，对于设计性能的改善能起到“立竿见影”的作用。
General Circuit Model of a Lossy Transmission Line
如果搞不懂传输线的基本原理，可能很难称之为一名合格的SI设计者；
Reflection
不匹配的阻抗导致信号在线路上来回反射，从而导致负载处振铃，为了消除反射，可使得：ZS = Z0 = ZL；
Crosstalk
串扰是能量从一根线耦合到另一根线，分为互容耦合（电场）和互感耦合（磁场）；
电路中的互容会产生如下的串扰：
当攻击者线上的脉冲到达电容器时，电容器将一个窄脉冲耦合到受害者线上； 耦合脉冲的振幅由互电容的值决定; 耦合脉冲分成相同的两部分，每部分沿受害线向相反的方向传播。
电路中的互感会产生如下的串扰：
在攻击者线路上传播的脉冲以电流尖峰向下一个位置充电； 电流尖刺会产生磁场，磁场又会在受害线上产生电流尖刺； 变压器在受害线上产生两个极性相反的电压尖峰:负的尖峰向正向传播，正的尖峰向反向传播。
The Relationship of C L and εr
通用的规则，工作在频域时，如果导线的长度大于波长的1/10；或者数字信号的上升时间小于两倍的传输线时延，导线应被作为传输线。
传播速度是基于介质材料的函数：
根据特性阻抗的关系，可以导出传输线的L和C：
Electromagnetic Simulation Algorithm
时域算法，支持CPU多核并行加速，支持GPU加速计算，大部分求解器对GPU要求是双精度计算为主，即需要用双精度性能高的GPU；
频域算法，支持CPU多核并行加速，不支持GPU计算，因此，只能通过提升CPU的频率来提升性能，需要足够大的内存。
因此，简单理解，时域算法适合于宽频的仿真任务，而频域算法更适合于窄频的仿真任务。
PCB Extraction Method
在最为常见的PCB参数提取环节，需要知道什么场景下适合采用何种参数提取算法，不同算法的优缺点会导致对同一个问题的分析结果的巨大差异，不过好在目前的仿真软件已经尽量简化了仿真的操作流程，使用者在处理模型时，不需手动配置太多的参数依然可以获取不错的结果一致性。