信号完整性以及串扰

1、定义

　　信号完整性是指：信号能够按照时序要求定时到达，同时具有较好的信号质量（波形）。信号完整性问题研究的领域比较广泛，包括信号线上的信号完整性以及电源网络的电源完整性，信号完整性问题在高抽象层次表现为噪声和延时，这些问题都是由电路层中的电阻、电容和电感导致的。

　　串扰是两条信号线之间的耦合、信号线之间的互感和互容引起线上的噪声

2、串扰噪声恶化的原因

　　（1）布线密度加大；

　　（2）金属线厚度的增加将导致侧面积的增加；

　　（3）布线层增多：高金属层与基底层之间的距离加大，导致对地电容减小，线间耦合电容占比增大；

　　（4）工作频率提高：高频下的器件由于充放电所产生的噪声源越来越多；

　　（5）工作电压降低：噪声容限降低

3、串扰的影响因素

　　（1）干扰线与受扰线之间的耦合电容，耦合电容越大，相互影响越大。应对： shielding/x spacing

　　（2）干扰线的驱动信号强度大小和切换速度，切换速度越快越容易通过耦合电容注入更多的噪声从而影响受扰线。应对：downsize aggrassor driver， upsize victim drive

　　（3）受扰线的对地电容，受扰线的对地电容越小，抗干扰能力越弱。应对：shielding

4、串扰噪声的分类

　　（1）功能噪声

　　　　这种串扰噪声是指受扰线原本处于静止状态，由于干扰线电压的变化而引起毛刺（Glitch）。当毛刺超过噪声容限且改变了原有信号值时，如果这种现象恰好被存储部件捕获，电路状态就会改变，导致功能性错误。

　　（2）延迟噪声

　　　　这种串扰噪声是指受扰线本身即处于电压变化过程中，此时干扰线的电压变化有可能加快或减慢其变化（取决于同向变化或反向变化），引起时序的不确定。如果受扰线的电压变化减慢且处于关键路径，可能导致建立时间违规，影响电路工作频率；而如果受扰线电压变化增快，又容易引起保持时间违规，同样会使电路失常。

5、串扰的解决办法

（1）如有可能，尽量避免浮空节点。对串扰问题敏感的节点，如预充电总线，应当增加保持器件以降低阻抗。

（2）敏感节点应当很好地与全摆幅信号隔离。

（3）在满足时序约束的范围内尽可能加大上升（下降）时间，但应当注意这对短路功耗可能有影响。

（4）在敏感的低摆幅布线网络中采用差分信号传输方法，这能使串扰信号变为不会影响电路工作的共模噪声源。

（5）为了使串扰最小，不要使两条信号线之间的电容太大。例如同一层上的两条导线平行长距离走线。同一层上的平行导线应当足够远离，相邻层上的导线的走向应当相互垂直。

（6）必要时可在两个信号之间增加一条屏蔽线——GND或VDD。它能有效地使线间电容转变为一个接地电容，从而消除干扰。屏蔽的不利影响是增加了电容负载。

（7）不同层上信号之间的线间电容可以通过增加额外的布线层来进一步减少。比如每一个信号层都用一个GND或VDD金属平面相间隔。