干货 | 时钟100M也算是高速信号？

之前，和EE的小伙伴交流，谈到高速信号。他说：你们SI只要看看那些频率大于100MHz的信号，什么USB、PCIe就行了，其他的就不用关心了。那些时钟Buffer出的100M，那些UART，SPI等低速信号我们就看看线长，随意管控就行了。

查了查，整理一下市面上对高速信号的相关定义：

1.频率大于100MHz的信号；

2.上升沿（或下降沿）小于100ps的信号；

3.上升时间小于5倍的信号传输延时。

想一想：时钟Buffer出的100M，算不算高速信号？

从理论上来说，这个信号是不是高速信号，就是判断这个信号是否在传输过程中有SI 的问题，需不需要管控？

关于高速信号定义的第一点。频率大于多少就定性为是否是高速信号，那就是高频和高速的区别。高频是否就是高速？

话不多说，直接上图：

同样是1GHz的信号，信号的边沿越陡峭，高频分量就越多，就需要管控其信号完整性。同样，信号的边沿不陡峭，就不需要管控了，所以频率大于多少的信号，是否是高速信号，要看情况。不能简单地认为高频就是高速，不能把高频和高速混为一谈。

接下来讲高速信号定义的两点，都是关于上升时间有关。实际上，SI 的大多数问题也都是和信号的上升时间（RT）有关。

上升时间：低电平到高电平，电压幅值从10%~90%的时间。也有一种说法：20%~80%。我们这里选择10%~90%。

当传输线时延大于信号上升边20%，会有信号完整性问题，振铃噪声可能影响电路功能，需要加以管控。反推出，传输时延和信号上升时间的关系：

注：5倍只是一个理论预估值，不是绝对值

接下来，我们举例子来说明一下 ：

100 M时钟的线长，方便计算，我们这里取10000 mil。考虑建模搭建的是微带线，信号传输时延取值约为170 ps/in ，时延时间为170 * 10 =1700 ps =1.7 ns。推算出五倍时延为1.7 * 5 =8.5 ns。

微处理的产品，典型的上升边一般是周期的10%，当然也有的是5%，我们这里取10%，得出100 M时钟信号的上升边约为1 ns。

8.5 ns 大于信号上升时间1 ns。也就是说，从理论上来看，需要对信号进行管控。对比传输线长为100 mil时候，时延只有17 ps ，不会对信号产生影响，则不需要管控。

用仿真软件搭建相关电路：

第一种情况

仿真出相应节点的波形：

当信号线长为10000 mil时，振铃现象很严重，阻抗突变带来很明显的影响。而信号线长为100 mil时，阻抗突变带来的变化对信号根本没有任何影响。

第二种情况

将信号的上升时间调整为10 ns，10 ns大于 8.5 ns，理论来看，阻抗突变对信号的影响有限。来看一看仿真的结果：

随着上升时间变大，阻抗突变对信号的影响可以忽略。

当高速信号需要管控的时候，考虑到阻抗不匹配反射对信号质量的影响，针对本例来看，需要对链路中的过孔和SMT连接器进行阻抗优化处理，来减少阻抗突变对信号质量的影响。

优化方式见下图：