隨著5G、大數(shù)據(jù)、云計算的新起，用戶對網(wǎng)絡帶寬的需求越來越高?，F(xiàn)在在部分發(fā)達地區(qū)運營商已經(jīng)在部署，相應的光模塊廠家在今年的10G PON系統(tǒng)的光模塊發(fā)貨也在逐漸增多。用于數(shù)據(jù)中心的400Gbps PAM4技術的光模塊也開始陸續(xù)有廠家發(fā)貨。在這些技術發(fā)展的背后，都是對帶寬的需求，而大帶寬的背后又是高速數(shù)字系統(tǒng)的發(fā)展在支撐。

像我們生活中常見的USB3.0、PCEI4.0、HDMI2.0、 SATA3.0等等接口都屬于高速數(shù)字接口，這些接口當中最高的板級速率以達到32Gbps。其實不管怎么說，我們已經(jīng)身處在一個高速數(shù)字的時代。隨著技術的發(fā)展，信號傳輸?shù)乃俾蕦絹碓礁撸?a href="http://www.brongaenegriffin.com/v/tag/1301/" target="_blank">通信速率正朝著400Gbps、800Gbps、1.6Tbps的方向發(fā)展。

因此我個人認為，目前的世界從技術上來說是屬于高速數(shù)字的世界，未來將需要大量的懂高速電路設計的人才。

談到高速電路設計，就不得不提起信號完整性，這是因為隨著信號傳輸速率的提高，必然會遇到信號完整的問題，如果處理不好，將導致產(chǎn)品開發(fā)失敗，重新投板的時間成本太高，產(chǎn)品就會錯過上市期。

這跟傳統(tǒng)的低速傳輸時代有很大區(qū)別，在低速時代使用的設計經(jīng)驗和技巧已經(jīng)不再適用于高速電路的設計，需要新的知識理論和新的處理問題的方法。這種新的理論就是信號完整性理論，新的處理問題的方法就是仿真。

那么究竟什么是信號完整性？又該如何學好信號完整性呢？

一、什么是信號完整性

引用Eric Bogatin的書里對信號完整性的定義，可以表述為：“由有源器件和無源元件引起的所有電壓和電流的異?，F(xiàn)象，包括幅度上的噪聲與干擾，時序上的抖動與錯位等?！?/p>

如下圖所示，就是典型的信號完整性問題，這是由于阻抗不匹配導致的幅度上的振鈴現(xiàn)象。

圖1

再如圖2所示，也是典型的信號完整問題，這是由傳輸線的損耗導致的碼間干擾問題，這將引起收端眼圖的閉合，如圖3

圖2

圖3

總的來說，對于產(chǎn)品設計工程師來說，信號完整性需要解決通道的阻抗匹配、以及 由通道的損耗導致的眼圖閉合、通道間的相互串擾等問題，對于芯片設計工程師來說，需要解決的是如何將自家的芯片做成均衡能力強大、功耗又低的收發(fā)一體化集成方案，具有市場競爭優(yōu)勢是他們需要解決的。

對于高速數(shù)字系統(tǒng)來說，主要解決3個方面的問題，信號完整性（SI）、電源完整性（PI）以及電磁輻射問題（EMI）。這3大類問題有一定的關聯(lián)性，很多時候解決好SI的問題其實也會解決EMI的問題，電源完整性問題解決好之后，相應的SI和EMI也會好。

二、如何學好信號完整性

學好信號完整性有兩點非常重要，一是深刻理解信號完整性的基本原理，如傳輸線效應、回流等等，二是掌握一門仿真軟件，如ADS/HFSS等。而這兩點往往又是相對比較難學的兩點，所以很多人會覺得信號完整性入門很難。

在低速時代做電路設計使用的經(jīng)驗已經(jīng)不足以用在高速數(shù)字電路的設計上，傳統(tǒng)的經(jīng)驗已經(jīng)失效，急需補充新的知識，采用新的分析方法，這種新的知識就是信號完整性知識，新的分析方法就是借助于仿真工具完成電路和PCB的設計。因此學會仿真已經(jīng)成為掌握信號完整性必不可少的一步。

那么如何學好信號完整性？如何掌握信號完整性的仿真成為擺在工程師前面的一道疑問。

在學習信號完整性的過程當中，相信大家普遍遇到的一個困惑就是涉及的概念太多了，如傳輸線效應、特征阻抗、S參數(shù)、差分線的奇模阻抗、偶模阻抗、差分與共模、抖動與噪聲等等紛繁復雜，真不知道如何下手？光這些概念就夠難理解的了，更別說要去設計和解決問題了

從我個人的學習經(jīng)歷來說，之所以覺得復雜，一是因為相關書籍較少，尤其是經(jīng)典書籍，能夠把概念講清楚說明白的人就更少了。當然，仍然有一些經(jīng)典的書籍是寫的非常棒的，比如Eric大師的《信號與電源完整性》。

但是緊緊憑著看書要把信號完整性這么課程學好是遠遠不夠的，還必須學會至少一門仿真工具。借助于仿真工具去理解這些概念將變的更加容易。但是學習仿真工具本身又是一個挑戰(zhàn)。

很多時候，一個很簡單的設置，靠自己摸索需要很長時間，但是如果有人給你指點一下，那就非?？臁?/p>

其次，學好信號完整性除了書籍、仿真工具以外，還需要通過項目的實踐，把這些概念運用于你的實際產(chǎn)品的設計和調(diào)試中，通過一個一個的問題的解決，增加工程實戰(zhàn)經(jīng)驗，才能真正理解信號完整性的含義，如果沒有實踐機會，參考別人的案例分享也是有必要的。

第三，另一個容易被忽視的地方，就是學習的方法和圈子，工作的方式和思想。在我的工作經(jīng)歷當中，發(fā)現(xiàn)很多工程師在做事的方式上，學習的方法上，看待事情的思想上是存在問題的，更重要的是沒有人能夠指導他，指出他的問題所在，這才是最致命的。

我跟很多工程師交流，他們跟我說的就是，以前別人沒這么跟他說過，他究竟該怎么學習，該怎么做事，他自己也不知道，我常聽到的一句話是：“以前就是這么做的”。至于為什么要這么設計、是否可以變化那不是他考慮的問題。

其實一個人學習是很孤獨的，進展也非常的慢，再加上本身課程知識的難度，大家就會覺得入門很難。這也是為什么微信上會有那么多的公眾號出現(xiàn)。學習最快的方式就是有人帶領和指導。能把概念講清楚說明白，讓人一聽就懂，這樣的學習才是效率最高的。

而現(xiàn)實的情況是，這樣的人很難找，得看緣分，如果你所在的平臺高手云集，那么你的進步就會很快，但并不是所有的公司都是高手云集的，而且有些高手是愿意分享的，有些高手是不太愿意講的，因此對于大多數(shù)工程師來講，這是可遇不可求的。

審核編輯 ：李倩