与信号完整性传播者 Eric Bogatin 的对话。
随着系统速度的不断提升和新产品设计周期的不断缩短，设计出在首次迭代中就能满足系统规格要求的电路已成为当务之急。为了实现这一目标，信号完整性 (SI) 分析已成为电路设计过程中不可或缺的一部分。
几年前，人们可以通过构建物理原型来确定某个设计是否可行。如今，带宽和对大量电路参数的敏感度大幅提升，使得这种方法成本过高、耗时过长，而且准确性极低。建立 56 Gb/s 通道的 SI 需要结合先进的测试设备、仿真软件以及能够正确解读结果的经验丰富的工程师。通过这一流程，设计人员可以快速识别问题并实时进行调整，以优化性能并实现目标。
41 年来，Eric Bogatin 一直是信号完整性技术的积极倡导者，也是先进信号完整性技术领域备受尊敬的专家。Eric 拥有麻省理工学院物理学学士学位和亚利桑那大学物理学博士学位。他目前是 Teledyne LeCroy 公司信号完整性学院院士兼院长，同时也是科罗拉多大学博尔德分校电气、计算机和能源工程系的教授。他还是《信号完整性期刊》的主编。
信号完整性传播者 Eric Bogatin 博士
在埃里克前往欧洲传播 SI 福音之前，我有机会采访他。
您如何定义信号完整性？
Eric：信号完整性是由于互连不透明而出现的所有问题。
SI 何时被认可为重要的设计标准？
Eric：原则上，自从1850年跨大西洋电缆因色散过大而失效以来，互连就一直是个问题。这是一个SI问题，开尔文勋爵用均衡电路解决了这个问题，维多利亚女王也因此授予他爵位。贝尔实验室自20世纪初以来就一直在处理长途电话电缆中的SI问题。
然而，早在20世纪80年代初，第一批基于集成电路的计算机系统问世时，电子领域的SI（信号完整性）就已成为一个真正的话题。当时，一些前沿团队正在进行真正的高速设计，例如IBM、DEC、Sun Microsystems和Cray，他们早在1980年就已成为该领域的先驱。20世纪90年代初，惠普（HP）创办了高速数字研讨会，SI才成为业界关注的焦点。这促使SI成为业界关注的焦点，该术语也因此在业界更加广为人知。
在什么数据速率下 SI 分析变得必不可少？
Eric：当然，影响 SI 问题的是上升时间，而不是数据速率。但具体来说，在大约 50 MHz 的时钟速率下，互连及其设计就会成为问题。如果不注意端接和布线，并且不使用返回平面，SI 问题可能会导致产品无法工作。
通道仿真是 SI 分析的一部分吗？
Eric：是的。它是布局前分析的重要组成部分。它用于创建产品的设计规则。布局后进行系统级仿真，以验证最终设计。
SI 分析的目标是什么？
Eric：分析不会替你设计产品。它的作用是在问题发展到设计周期的后期之前发现它们。你最不想出现问题的地方就是客户打开产品却发现它无法正常工作。模拟和分析可以降低风险。
如何测量 SI？眼图、S 参数、BER、史密斯圆图等。
Eric：是的，以上都是。信道的系统性能通过误码率来衡量。眼图可以粗略地反映接收信号的质量。S 参数、示波器轨迹和元件特性可以用来帮助调试系统并验证设计。
影响高速信道中 SI 的因素有哪些？
Eric：高速信道中通常存在六类问题：
- 阻抗不连续引起的反射噪声
- 因损耗导致的上升时间缩短
- 通道间串扰
- 模式转换
- 电源输送网络 (PDN) 噪声
- 辐射发射。
这些问题都有不止一个根本原因。有多种解决方案可以减少这些问题。
用什么工具或设备来量化SI？它们贵吗？
Eric：随着信号带宽的增加，仪器的成本也随之上升，而且增长速度远超线性增长。许多现场可编程门阵列 (FPGA) 和专用集成电路 (ASIC) 开始集成片上测量 IP，这有助于在 CDR 和限幅器之后记录接收的眼图。这使得调试工作即使在没有高性能示波器的情况下也能更加轻松。
SI 分析是否已经融入到所有高速通道的设计中？
Eric：总有一些公司只是遵循参考平台的指导方针，但这些公司正在开发商用系统。真正的区别在于添加定制功能时，这需要进行 SI 分析才能一次性正确完成。
只需一个主要产品因为 SI 问题而延误了计划，而问题发现得太晚，公司就会意识到投资 10 万美元购买模拟工具可以挽救因错过市场窗口而损失的 100 万美元利润。
是否有专家进行 SI 分析？
Eric：有一些公司提供 SI 分析服务，也有一些咨询公司，但真正想要脱颖而出的公司会拥有自己的 SI 专家团队。这应该是所有高端原始设备制造商 (OEM) 和高速行业供应商的核心竞争力。
EE 学生通常会选修 SI 课程吗？
Eric：很遗憾，很多学校都不教授 SI。知识渊博的教师很少，而且 SI 并不被视为一个热门领域。吸引研究人员的主要是射频和无线技术以及太赫兹光互连，而不是 SI 原理的教学。科罗拉多大学博尔德分校等少数学校开设了 SI 专业硕士课程。
在设计过程的哪个阶段进行 SI 分析？
Eric：越早越好。在设计周期中越早发现并消除SI问题，风险就越低，开发成本也就越低。
SI分析与渠道运营利润率（COM）相比如何？它们是互补的吗？
Eric： COM 是一个性能指标，它在一定程度上表明由互连和 Tx/Rx（发射器/接收器）技术组成的系统符合合规性规范。如果通道达到可接受的 COM 水平（例如 3 dB），则可以确信该通道可以正常工作。但系统仍然可能因其他原因而出现故障。
如果 COM 指标较低，例如 2 dB，则无法提供任何可能的根本原因。这时，SI 分析就派上用场了——进行更彻底的评估，确定系统是否符合性能规范，然后找到问题的根本原因，以便修复。
哪些行业标准定义了 SI？
Eric：所有高速协议都有根据信号完整性概念定义性能的规范。许多规范都是根据互连是否符合 S 参数模板来定义的。