随着系统速度持续上升和新产品设计周期缩短，设计满足系统规范电路的能力已经成为首要任务。信号完整性(SI)分析已经成为实现高速电路设计过程中一个重要组成部分。

以前，通过建立物理原型来确定设计是否可行。今天，带宽和对许多电路参数的灵敏度大大提高，这使得这种方法过于昂贵、耗时和非常不准确。建立一个56 Gb/s通道的SI需要结合先进的测试设备、仿真软件，以及能够正确解释结果经验丰富的工程师。利用这个过程，设计师可以快速识别问题，并实时进行调整，优化性能和达到设计目标。

Eric Bogatin一直是信号完整性技术的倡导者，历经41年，并且是一位受人尊敬的先进SI技术专家。Eric在麻省理工学院获得物理学学士学位，在亚利桑那大学获得物理学博士学位。他目前是Teledyne LeCroy(泰勒迪恩·勒克罗伊)信号完整性学院的研究员和院长，也是Colorado(科罗拉多)大学电气、计算机和能源工程系的教授。他还是《信号完整性杂志》的编辑。

信号完整性传道者Eric Bogatin(埃里克·博加廷)博士

在 Eric 去欧洲传播SI的福音之前，我有机会采访了他。

您如何定义信号的完整性?

Eric：信号完整性是所有由于互连不 清晰明确而出现的问题。

SI是什么时候被公认为一个重要的设计标准?

Eric: 原则上，自从1850年跨大西洋电缆由于过于分散而失效以来，互连就一直是一个问题。对于SI问题，开尔文勋爵使用一个均衡器电路来解决，为此他被维多利亚女王授予了爵位。自20世纪初以来，贝尔实验室一直在处理长途电话电缆的SI问题。

但是，当20世纪80年代早期第一个基于集成电路的计算机系统被引入时，在电子领域的SI实际上就面临诸多问题。有一些最前沿团队在做非常高速设计，比如 IBM, DEC, Sun Microsystems, 和 Cray等公司，他们早在1980年就是这一领域的先驱。20世纪90年代初，当惠普开始他们的高速数字研讨会时，重点放在了SI上，这个术语在业内变得更加广泛。

数据速率在多大的情况下，SI分析变得重要?

Eric: 当然，影响SI问题的是频率，而不是数据速率。互连方案设计在大约50 MHz频率下成为一个问题。如果您不注意终止和路由以及使用返回平面，SI问题可能会导致产品无法工作。

通道模拟是SI分析的一部分吗?

Eric: 是的。它是预布局分析的一个组成部分。这将用于创建产品设计，然后进行系统后布局级仿真，验证最终完成设计。

SI分析的目标是什么?

Eric: 分析只是设计产品前的一部分。在设计周期中之前抓住问题所在。当客户使用产品失效的时候就是最终要发现的问题。模拟和分析是一种降低风险的方法。

如何测量SI?眼图、s参数、误码率、史密斯图等。

Eric: 眼图、s参数、误码率、史密斯图等是测量SI的重要手段。一个信道系统性能是通过误码比来衡量的。眼图是接收信号质量的粗略指示。s参数、范围跟踪和组件特性征可用于帮助调试系统和验证设计。

在高速通道中，影响SI的因素是什么?

Eric: 在高速通道中，通常有六个系统性问题：

• 由阻抗不连续而产生的反射噪声
• 由于损耗导致频率退化
• 从通道到通道的串扰
• 模式转换
• 电力输送网络(PDN)噪声
• 辐射排放

这些问题都有不止一个根本原因。有多种解决方案可以减少这些问题的产生。

使用了什么工具或设备来量化SI?它们会很贵吗?

Eric: 随着信号带宽的增加，仪器的成本上升，许多现场可编程门阵列(FPGAs)和特定应用的集成电路(ASICs)开始得到应用，这将有助于在CDR和切片机后记录接收到的眼图。使得在没有高性能范围的情况下更容易进行调试。

SI分析是否被集成到所有高速通道的设计中?

Eric: 总有一些公司只是在参考平台上遵循指导方针，但这些公司正在制造商品。真正的区别是当添加自定义特性时，这需要SI分析才能第一次正确处理。因为SI问题可能会导致产品推出延迟，公司会意识到在模拟工具上投资10万美元可以节省由于缺少市场窗口而造成的100万美元利润损失。

有进行SI分析的专家吗?

Eric: 有一些公司会做SI分析作为一种服务，但真正想要超越其它公司还需要有自己的SI专家团队。这应该是所有高端OEM和高速行业供应商的核心竞争力。

EE的学生通常会修SI的课程吗?

Eric: 遗憾的是很多学校都没有教SI，在这方面知识渊博的教师很少，它也不被视为一个迷人的领域。射频、无线，以及太赫兹光学互连是研究人员感兴趣的，而不是教授SI原理。一些学校，如卡罗来纳大学，提供专业的SI硕士课程。

在设计过程的哪个阶段进行SI分析?

Eric: 尽早开始。在设计周期中，SI问题可以被识别和消除，风险越低，开发成本越低。

SI分析与渠道营业利润率(COM)相比如何?它是互补的吗?

Eric：COM是一种性能指标，它使由互连和Tx/Rx(发射机/接收器)技术组成的系统能够符合合规规范。如果通道满足可接受的COM级别，如3 dB，那么有信心通道可以工作。您仍然面临着系统由于其他一些原因而出现故障的风险。

如果COM度量很低，比如2 dB，要找到根本原因就比较困难。这就是SI分析的切入点，对系统是否满足性能规范进行更彻底的评估，然后找到问题的根本原因，以便修复它们。

哪些行业标准定义了SI?

Eric:所有的高速协议都根据信号完整性的概念来定义规范。有些规格是根据s参数掩码的互连遵从性定义的。