【信号完整性】：信号与连接

1. 连接对信号波形的影响

信号从发送端发出时是什么样子？经过连接到达接收端后，是什么样子？

一个触发器和一个反相器组成的简单的数字电路，工作频率 5MHz ，周期 0.2us：

在印制电路板走线的信号发送端，走线中部和信号接收端分别使用示波器测量波形：

信号走线几乎不对该信号波形造成影响：

选择新的高速器件，设定工作频率为 100MHz ，但是印制电路板不变，三个位置的测量波形为：

测量结果变化很大，各个位置的波形都充斥着明显的振荡、过冲、下冲、扭曲。

信号完整性分析的一个基本原则：我们只需要关心信号在接收端的情况，信号波形的优劣仅在接收端具有讨论价值。

触发器的工作是按照时钟 CLK 的频率对 D 端输入信号进行采样，时钟 CLK 上升沿到来的时刻是采样时刻，触发器将此时 D 端输入信号的逻辑电平复制到 Q 端输出，如果一切正常，Q 端输出的逻辑序列与 D 端输入的逻辑序列是一样的，只是在时间上有所延迟(t_pd)。

在采样时刻 2 和 5 没能采样为高电平输出，原本输入的逻辑系列 011010，经触发器采样后变成了 001000。

低速电路设计的一个错误的思维惯性：信号波形完全是由输出它的器件决定的，跟接收它的器件和连接（印制电路板走线）没有任何关系。

解决方法：重新设计印制电路板，将反相器输出信号的走线长度缩短 ，可以看到走线长度不同所带来信号波形的变化：

信号是什么？绝大多数情况下指的是电路中某点的电压。

电压需要花费时间从导线的一端传输到另外一端，如下 1V 的电压信号花费了 1ns 行进了 12in 的路程：

信号传输的物理过程：

将一根完整的金属导线看作是由许许多多长度相等的小段导线（导线分节）紧挨在一起构成的。
将两根导线的导线分节作为一个整体来看待，它们共同构成了一个电容，称为分节电容。
每一节导线分节的分节电容值为 C ，电池电压为 V，分节电容充电完成时，储存的电荷量为 Q = CV。
每一节导线分节的长度为 L ，分节电容充电完成时，就意味着信号向前传输了 L 的距离，信号的传播速度是 v，每一节分节电容充电的时间是 T = L/v 。

印制电路板上信号的传输过程：

可以把印制电路板走线看作由许许多多的小段走线紧挨在一起所构成，每一个小段走线都与其下方的地平面层构成了一个小电容，由走线和地平面层所构成的印制电路板信号传输路径也被等效为一个个分节电容的集合。