13.1.1 信号完整性分析的概念
所谓信号完整性，就是指信号通过信号线传输后仍能保持完整，即仍能保持其正常的功能而未失真的一种特性。具体来说，是指信号在电路中以正常的时序和电压做出响应的能力。当电路中的信号能够以正常的时序、要求的持续时间和电压幅度进行传送，并到达输出端时，说明该电路具有良好的信号完整性，而当信号不能正常响应时，就出现了信号完整性问题。
我们知道，一个数字系统能否正常工作，其关键在于信号时序是否准确，而信号时序与信号在传输线上的传输延迟，以及信号波形的失真程度等有着密切的关系。信号完整性差不是由单一因素导致的，而是由多种因素共同引起的。通过仿真可以证明，集成电路的切换速度过高，端接元件的位置不正确，电路的互连不合理等都会引发信号完整性问题。常见的信号完整性问题主要有以下几种：
（1）传输延迟（Transmission Delay）
传输延迟表明数据或时钟信号没有在规定的时间内以一定的持续时间和幅度到达接收端。信号延迟是由驱动过载、走线过长的传输线效应引起的，传输线上的等效电容、电感会对信号的数字切换产生延时，影响集成电路的建立时间和保持时间。集成电路只能按照规定的时序来接收数据，延时过长会导致集成电路无法正确判断数据，从而使电路的工作不正常甚至完全不能工作。
在高频电路设计过程中，信号的传输延迟是一个无法完全避免的问题，为此引入了延迟容限的概念，即在保证电路能够正常工作的前提下，所允许信号的最大时序变化量。
（2）串扰（Crosstalk）
串扰是没有电气连接的信号线之间感应电压和感应电流所导致的电磁耦合。这种耦合会使信号线产生天线的作用，其容性耦合会引发耦合电流，感性耦合会引发耦合电压，并且耦合程度会随着时钟速率的升高和设计尺寸的缩小而加大。这是由于当信号线上有交变的信号电流通过时，会产生交变的磁场，处于该磁场中的其他信号线会感应出信号电压。
印刷电路板工作层的参数、信号线的间距、驱动端和接收端的电气特性及信号线的端接方式等都会对串扰有一定的影响。
（3）反射（Reflection）
反射就是传输线上的回波，信号功率的一部分经传输线传递给负载，另一部分则向源端反射。在高速电路设计时可把导线等效为传输线，而不再是低速电路中的导线。如果阻抗匹配（源端阻抗、传输线阻抗与负载阻抗相等），则反射不会发生；反之，若负载阻抗与传输线阻抗失配就会导致接收端的反射。
布线的某些几何形状、不适当的端接、经过连接器的传输及中间电源层不连续等因素均会导致信号的反射。由于反射，会导致传送信号出现严重的过冲（Overshoot）或反冲（Undershoot）现象，致使波形变形、逻辑混乱。
（4）接地反弹（Ground Bounce）
接地反弹是指由于电路中存在较大的电涌，而在电源与中间接地层之间产生大量噪声的现象。例如，大量芯片同步切换时，会产生一个较大的瞬态电流从芯片与中间电源层间流过，芯片封装与电源间的寄生电感、电容和电阻会引发电源噪声，使得零电位层面上产生较大的电压波动（可能高达2V），足以造成其他元件的误动作。
由于接地层的分割（分为数字接地、模拟接地、屏蔽接地等），可能引起数字信号传到模拟接地区域时，产生接地层回流反弹。同样，电源层分割也可能出现类似的危害。负载容性的增大、阻性的减小、寄生参数的增大、切换速度增高，以及同步切换数量的增加，均可能导致接地反弹增加。
除此之外，在高频电路的设计中还存在其他与电路功能本身无关的信号完整性问题，如电路板上的网络阻抗、电磁兼容性等。
因此，在实际制作PCB印制板之前应进行信号完整性分析，以提高设计的可靠性，降低设计成本，这是非常重要和必要的。