By John Golding
在電子產品開發中，有個問題總是讓工程師抓破頭：「信號怎麼傳到接收端就變形了？明明走線都畫好了，為什麼還會有干擾？」這些看似簡單的通訊問題，背後其實隱藏著信號完整性的重重挑戰。
從振幅失真、時序延遲到背景噪聲干擾，就像是一場充滿障礙的通訊馬拉松。專家指出，解決這些問題的關鍵在於全面理解信號傳輸的本質：不只要管理好傳輸線的阻抗，還要注意串擾防護、差分對設計，甚至連過孔的放置都可能成為致命傷。讓我們一起深入了解，工程師該如何應對這場信號品質保衛戰。
信號完整性是電子系統中至關重要的一部分，用於確保信號的傳輸可靠且準確。在這篇博文中，我們將探討與信號完整性相關的基本概念，涵蓋以下幾個核心主題：傳輸線、終端處理、串擾、差分對、過孔與干擾，以及時序問題。
什麼是信號完整性？
振幅：信號的最大/最小值，類似於說話時音量過大或過小。
時序：例如電話通話中出現顯著的延遲，這只是時序問題的一個方面。
噪聲：背景干擾會扭曲或遮蔽目標信號，類似於語音對話中的串擾或其他不需要的聲音。
理解這些因素對於保持設備間清晰、準確的通信至關重要。
傳輸線
傳輸線由一對導體和介電層組成，用於將電磁能量從一點傳輸到另一點。雖然通常討論的是電壓和電流，但重要的是要記住，實際傳播的是電磁能量。關於傳輸線的幾個重要考慮包括：
延遲：信號傳播所需的時間。
損耗：信號強度隨距離的衰減。
耦合：與其他信號或參考物之間的相互作用。
理解一個導體作為信號，另一個導體作為回流或參考的角色，有助於掌握傳輸線的複雜性。
阻抗與終端處理
通過終端處理來管理阻抗和反射對於維持信號完整性至關重要。使用電阻等元件來終止反射有助於實現所需的信號質量。必須謹慎考慮終端的位置和數值，以避免進一步的反射並保持信號完整性。
串擾
串擾指的是一個信號（干擾信號）中的不必要能量干擾另一個信號（受害信號）。這類似於對話中的背景噪聲，可能導致信號誤解或失真。理解PCB板上走線間的互容和互感有助於減輕串擾的影響。
差分對
差分對由具有特定關係的信號組成。理解共模信號與差模信號，以及阻抗相關問題，是關鍵所在。不平衡可能導致模式轉換，即部分差模信號轉化為共模信號，從而影響電磁兼容性和信號完整性。
過孔與干擾
過孔及回流路徑中斷是影響信號完整性的常見問題。了解過孔對信號質量的影響並設計減少干擾的過孔配置，有助於實現最佳性能。
時序
時序問題對於同步總線和串行通道至關重要。時序的影響因素包括偏移、傳播延遲及抖動。理解不同結構（如過孔）和各種技術如何影響時序，對於設計穩健的電子系統十分重要。
深入學習信號完整性
信號完整性是一個多方面的概念，涵蓋了影響電子通信質量的各種元素。對這些基礎概念的全面理解，能夠幫助從事電子系統設計的工程師確保信號的可靠和準確傳輸。
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