2. 信号完整性问题基础：衰减、串扰、抖动、眼图

做高速数字设计的兄弟都知道——信号完整性（SI）这四个字，几乎是每一个项目的噩梦。我记得刚入行那会儿，总觉得自己layout走线没啥问题，结果一上示波器，眼图直接闭了。嗯，今天就先把这个「噩梦」的根源讲清楚。

高速信号在PCB上跑，就跟人在泥地里跑步一样。你想想看，距离越远、频率越高、路况越差，信号失真就越严重。常见的信号完整性问题就四个：衰减、串扰、抖动、眼图闭合。下面我一个一个拆开讲。

2.1 衰减——信号越传越弱

衰减就是信号幅度随传输距离而下降。我做过一个项目，PCIe Gen3的链路走了将近20英寸的PCB走线，结果接收端的信号幅度只剩发送端的一半不到。为什么会这样？

衰减主要有两个来源：

• 导体损耗（趋肤效应）：高频电流只会沿着导体的表面流动。频率越高，有效截面积越小，电阻就越大。说白了就是高频信号「懒得往导体里面跑」，都挤在表面，电阻自然就大了。
• 介质损耗（介电损耗）：PCB板材不是完美的绝缘体。信号电场在被加热的过程中会消耗能量。损耗因子（Df）大的板材，比如FR4，高频衰减特别严重。

我在项目里看过一个典型的衰减曲线：

注意看，25GHz时FR4的衰减达到每英寸-4.2dB。什么概念？假设走线10英寸，信号幅度就掉了42dB——这已经不是信号了，这是噪声。

2.2 串扰——隔壁邻居在捣乱

串扰，说白了就是一根线上的信号，不想老实待在自己线里，非要爬到隔壁邻居的线上串门。我在调试一个SATA3.0项目时遇到过：明明两个通道的物理隔离已经做到6倍线宽了，结果串扰还是把眼图的高频抖动抬了20ps。

串扰分两种：

• 容性串扰（近端串扰NEXT）：信号跳变的时候，通过互电容把能量耦合到相邻线上。通常近端噪声和信号边沿同向。
• 感性串扰（远端串扰FEXT）：通过互感耦合。注意，远端噪声往往和信号边沿反向，但幅度会随走线长度积累。

怎么压串扰？我列几条实战经验：

• 增加线间距——至少3倍线宽，最好是5倍以上。
• 在重要信号旁边放地线（Guard trace），地线记得打过孔接地。
• 减少平行走线长度——能不平行就不要平行。
• 用差分信号——差分对天然抗共模串扰。

2.3 抖动——信号吃错了药，总跑偏

抖动就是信号边沿在时间上偏离理想位置。你想想看，一个信号本应该在t=0时刻跳变，结果它一会儿早到一会儿晚到，这叫抖动。

抖动的分类：

• 随机抖动（RJ）：热噪声、散粒噪声引起，符合高斯分布，累加不可控。我一般用RMS值估算。
• 确定性抖动（DJ）：又分很多种，常见的包括：
• 数据相关抖动（DDJ）：跟传输的码型有关，比如长串0或长串1后能量积累。
• 占空比失真（DCD）：上升沿和下降沿不对称。
• 周期抖动（PJ）：电源纹波或外部干扰。

抖动单位一般用ps（皮秒），TI（时间间隔误差）或者UI（单位间隔）。对于25Gbps的NRZ信号，1个UI = 40ps。如果抖动超过了0.3UI，接收端基本就废了。

2.4 眼图——信号质量的照妖镜

眼图就是把很多个比特周期的波形叠加在一起显示的图。好的眼图，开口很大，像一只睁开的眼睛；差的眼图，眼睛闭着，就跟你熬夜加班一样。

眼图的关键参数：

你看，眼图把衰减、串扰、抖动三大问题全部装在一个图里了。眼高不够是衰减的问题，眼宽不够是抖动的问题，眼皮变厚是串扰和噪声的锅。我每次给客户做演示，第一个测的就是眼图——它像一张体检报告，哪有问题一目了然。

好了，四个基础的信号完整性问题讲完了。你可能会问：这些跟Repeater和Retimer有什么关系？关系太大了。Repeater主要负责补偿衰减，它能把信号放大，但对串扰和抖动没办法；Retimer就不一样了，它能把信号完整恢复并重新生成，把衰减、串扰、抖动一起解决——当然代价也更高。

下面这张图把四个问题的关系和核心修复手段总结了一下，方便你记。

嗯，到这一步你基本掌握了SI的四个核心问题。记住，做高速设计时，不要盲目堆器件。先定位问题是衰减还是抖动，再决定用Repeater还是Retimer，这才是工程师的思维方式。