隨著5G、大數據、云計算的新起，用戶對網絡帶寬的需求越來越高。現在在部分發(fā)達地區(qū)運營商已經在部署，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。用于數據中心的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，我們已經身處在一個高速數字的時代。隨著技術的發(fā)展，信號傳輸的速率將會越來越高，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，將導致產品開發(fā)失敗，重新投板的時間成本太高，產品就會錯過上市期。

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驗和技巧已經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常現象，包括幅度上的噪聲與干擾，時序上的抖動與錯位等。”

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驗已經不足以用在高速數字電路的設計上，傳統(tǒng)的經驗已經失效，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、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

從我個人的學習經歷來說，之所以覺得復雜，一是因為相關書籍較少，尤其是經典書籍，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，那就非常快。

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品的設計和調試中，通過一個一個的問題的解決，增加工程實戰(zhàn)經驗，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。在我的工作經歷當中，發(fā)現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。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，因此對于大多數工程師來講，這是可遇不可求的。

審核編輯 ：李倩