构建系统思维：信号完整性，看这一篇就够了！

信号完整性（SignalIntegrity，SI）在电子工程领域中具有极其重要的意义，也是现代电子设计的核心考量因素之一，尤其在高速PCB设计、集成电路设计、通信系统设计等领域，对保证系统性能和功能实现起着决定性的作用。

本文将从基础概念到实际应用，为工程师们提供清晰的指引，并深入探讨信号完整性的重要性、所需的专业知识，以及所用到的相关软件工具等。

通过本文希望工程师们能够更系统地了解信号完整性，并将其应用于实际产品设计，从而提升产品的性能和稳定性。

一、信号完整性概述

信号完整性，简而言之，是确保信号从发送端准确无误地传递到接收端的能力。在理想状态下，信号经过传输线后，接收端应能清晰识别其高低电平。但在现实电子产品中，信号在传输过程中常受到各种因素的影响，如整个通道上的电阻、电容、连接器、传输线本身以及发送和接收端芯片的特性。这些因素可能导致信号发生变化或失真，这种失真即为信号完整性问题。对于信号完整性工程师而言，理解并应对这些影响因素是确保电子产品性能稳定的关键。

二、硬件的基石

信号完整性在硬件设计中占据核心地位，它不仅仅局限于硬件电路的设计，而是贯穿整个系统设计的始终。电路原理设计是确保高速电路信号完整性的关键环节，包括电路系统、原理框图及具体电路的设计。信号完整性工程师必须精通这些基本技能，以实现系统设计的目标。简言之，电路原理设计在确保信号在传输过程中保持其原始特性，从而确保系统稳定、可靠地运行。

三、总线协议指引

对于信号完整性工程师而言，总线协议是不可或缺的基础知识。它不仅是信号传输的依据，也是评估信号是否满足设计要求的准则。工程师的所有努力，若不符合总线协议的要求，便失去了意义。因此，深入理解总线协议是每位信号完整性工程师的必备素质，它指引着工程师确保信号在传输过程中的完整性和准确性。

四、PCB布局关键

1、确保PCB设计品质

高速电路技术的发展简化了原理方案设计。然而，即便在相同的CPU和外围电路下，不同公司或同一公司的不同产品性能仍有显著差异，这源于PCB设计的差异。优秀的PCB设计需确保模块连通、性能优化、兼容性测试通过，并符合生产工艺。其中，信号完整性是PCB布局的关键，影响信号传输质量和稳定性。因此，PCB设计过程中必须充分考虑信号完整性，以确保产品性能与品质。

2、生产工艺的重要性

生产工艺是确保产品从设计走向量产的关键环节，它对信号完整性有着不容忽视的影响。不同的生产工艺会导致线路板上的电阻、电容等参数发生变化，从而影响信号的传输质量和稳定性。因此，在PCB设计阶段，预测和评估生产工艺对信号完整性的影响至关重要。

华秋DFM可制造性检查软件，正是为解决这一问题而设计的。他全面检查设计文件，评估其实际生产中的制成能力，它精准评估叠层计算阻抗，确保信号完整性。工程师借此软件在设计初期即识别并解决潜在制造问题，保障设计的可制造性与信号稳定性。这不仅降低了生产成本，更显著提升了产品质量与可靠性。

五、PCB材料之选

PCB作为电子元器件互连的载体，其材料选择对高速电路的信号完整性至关重要。材料的特性直接影响信号是否满足设计要求。面对种类繁多的PCB材料，选择符合产品设计的材料成为信号完整性工程师的重要任务。正确选材，确保信号稳定传输，是提升产品质量与性能的关键一环。

六、高速互连器件

信号完整性，这一涵盖广泛的概念，其核心在于电路与方案的整体设计。而高速互连器件，如发送/接收芯片、连接器及线缆等，是确保信号质量的不可或缺的部分。对高速互连器件的深入了解和熟悉至关重要，包括其性能、成本、工艺参数、封装及供应商质量等全面考量。这是确保信号完整性，提升产品性能的关键所在。

七、精通测试测量

产品研发中，测试与测量是不可或缺的一环。信号完整性工程师需精通实时示波器、采样示波器、网络分析仪等基础设备，以及误码分析仪、协议分析仪等高阶工具。熟练使用这些设备，是定位产品问题的关键，也是设计优质产品的前提。此外，烙铁、热风枪等基本工具的运用同样重要。掌握全面的测试测量技能，是确保信号完整性、提升产品质量的必由之路。

八、解决问题能力

​对于信号完整性工程师而言，仿真和测试只是手段，真正的核心是分析和解决问题的能力。现代工程师能轻松获取波形曲线，但理解其背后的意义和问题才是关键。例如，面对非单调波形，首先要识别其存在，随后深入分析原因：是测试设备未校准、人为因素、测试点选择不当，还是芯片或传输线问题等……准确诊断后，才能采取有效措施。因此，分析和解决问题的能力是信号完整性工程师不可或缺的核心能力。

九、仿真软件助力

提高设计效率、缩短研发周期、迅速推向市场是信号完整性工作的关键。在产品设计初期，利用仿真软件如ADS、Ansys designer、HFSS、SIwave、Hspice、Hyperlynx、Sigrity等，对关键信号进行模拟，有助于研发人员全面评估潜在风险并最小化之。熟悉至少一种仿真软件，能显著增强设计信心，提升工程师工作效率。

在探索信号完整性的旅程中，以上为大家系统地梳理了其在硬件设计中的核心地位。从总线协议到PCB设计，从材料选择到高速互连器件的理解，每一个环节都彰显着信号完整性的重要性。而测试测量与仿真软件的应用，更是为信号完整性提供了有力的保障。信号完整性将持续引领硬件设计的发展，为创造更稳定、更高效的电子产品奠定坚实基础。

文中提到的华秋DFM软件可以有效帮助大家验证和学习，通过检查设计规则，以确保生产出的PCB能够满足电气性能要求，比如分析设计中的线宽、线距、过孔尺寸、层叠结构等与信号传输质量密切相关的参数，从而间接地保证信号的完整性。而在提升PCB制造质量和效率的过程中，对于保证信号完整性的设计原则起到了辅助检查和预防性纠错的作用，有助于减少后期因设计缺陷导致的信号完整性问题。

---

华秋DFM软件是国内首款免费PCB可制造性和装配分析软件，拥有500万+元件库，可轻松高效完成装配分析。其PCB裸板的分析功能，开发了19大项，52细项检查规则，PCBA组装的分析功能，开发了10大项，234细项检查规则。

基本可涵盖所有可能发生的制造性问题，能帮助设计工程师在生产前检查出可制造性问题，且能够满足工程师需要的多种场景，将产品研制的迭代次数降到最低，减少成本。

---

华秋DFM软件下载地址（复制到电脑浏览器打开）：

https://dfm.elecfans.com/dl/software/hqdfm.zip?from=fsyzlh

---

● 微信搜索【华秋DFM】公众号，关注获取最新可制造性干货合集

审核编辑 黄宇