2.3　信号完整性的概念

信号完整性技术主要研究高速信号传输的信号传输通道怎样被设计，才能满足信号传输过程中无失真或仅有可容许失真度的要求。

2.3.1　信号完整性的定义

信号完整性，英文为Signal Integrity，简称SI，指信号在传输过程中，其波形保持不变或只在可容许范围内失真，不影响信号接收器对信号的正确接收和解码。信号完整性表示信号的质量在经过传输通道传输后仍保持相对良好的特性。

我们以“河道中的波浪”类比信号传输通道上的电信号，以河道与“空中的水汽通道”组成的波浪传输通道类比信号传输通道，可以更直观地理解信号完整性的概念，虽然这个类比不是十分恰当。

一条河道连接上游和下游两个水库，平静的河流在河道中流淌，当上游水库的闸门突然被抬高（或压低）时，河流上游端的水位由于水库出水量的突然增加（或减少）而升高（或下降），水位的升高（或下降）变化形成一个一定形状的波浪，波浪沿着河道向下游移动，直到下游水库入口处。

波浪在移动到下游水库入口处时，其形状有两种情况：一是波浪的形状与在上游水库出口处形成时的形状保持着一定程度的相似性，我们就认为波浪形状在移动过程中是良好的，是完整的；二是由于各种原因使得波浪的形状与形成时的形状有很大差别，我们就认为波浪的形状是不良好的，是不完整的。

波浪从上游向下游流动，河道是河水的发送传输路径。那么，河水有没有返回路径呢？答案一定是肯定的，因为如果没有河水的返回路径的话，上游水库中的水一定逐渐减少，以至于干涸。河水的返回路径是什么呢？是空中的水汽通道，虽然这个返回路径常常被大家忽略。下游水库（海洋）中的水经太阳蒸发形成云，进而形成雨下到地面上，最后汇集到上游水库中，河水从上游水库经河道流入下游水库，下游水库的水被蒸发形成云，云再形成雨水下到上游水库。

2.3.2　影响信号完整性的因素

不难想象，波浪在移动过程中能否保持其形状相对稳定，与以下因素有关：

●波浪传输通道在整个长度内形状的一致性；

●上、下游水库入口与河道的形状是否保持一致；

●在波浪移动过程中是否受到干扰等因素。

同样，信号在传输过程中能否保持其形状的完整性，也有类似因素需要考虑：

●信号传输通道在整个长度内的电气结构特性是否一致；

●信号两端的电气结构特性是否与信号传输通道的电气结构特性保持一致；

●信号在传输过程中是否受到（电磁）干扰。

对于河道中移动的波浪，由于以下原因，在移动过程中很难保持其形状不变：

●河道的每一段形状不可能保持绝对的一致；

●河流出、入口处不可能与河道的形状保持绝对的一致；

●波浪在移动过程中不可能绝对没有受到狂风暴雨的干扰。

类似地，现实中的信号传输，由于以下原因，信号波形在传输过程中很难保持绝对的完整性：

●传输通道的各段电气结构特征不可能保持绝对的一致；

●信号发送/接收端的电气结构特征很难与信号传输通道的电气结构特征保持一致；

●信号在传输过程中一定会受到或多或少的电磁干扰。

信号完整性技术研究的主要内容就是要为各种信号设计合适的信号传输通道，使传输通道的各段电气结构特性保持一定程度的一致，并与发送和接收端的电气结构特性保持一定程度的一致，使得高速信号传输的电信号能够保形传输。降低信号在传输过程中受到的干扰是电磁兼容性研究的内容之一。

2.3.3　信号完整性的意义

只要有信号的传输，就存在信号的完整性问题。归纳起来，信号完整性问题存在于以下三个层面。

①系统级信号完整性问题：进行设备与设备电气互联的信号传输时可能存在的信号完整性问题。

②板级信号完整性问题：进行电子模块上器件与器件电气互联的信号传输时可能存在的信号完整性问题。

③芯片级信号完整性问题：进行集成电路内部晶体管与晶体管电气互联的信号传输时可能存在的信号完整性问题。

信号完整性是电子系统或设备研发必须满足的底线。如果某电子系统或设备中的任何一个电信号在传输过程不能保证其波形的完整性，接收端接收到信号后就不能作出正确解释，从而使系统或设备的功能因信号解释失误而导致失效，该电子系统或设备就不是一个功能和性能可靠的电子产品了。