在电子元器件的世界里，有这样一句话广为流传：“有两种设计师，一种是已经遇到了信号完整性问题，另一种是即将遇到信号完整性问题”。对于像固态硬盘这种高集成度、高时钟频率的硬件设备而言，信号完整性的重要性更是不言而喻。接下来，我们就深入探讨一下信号完整性的一些基本内容。
通俗来讲，信号在互连线的传输过程中，会受到互连线等因素的相互作用，从而使得信号发生波形畸变，这时就可以说信号在传输中被破坏了，变得 “不完整”。实际上，信号完整性并没有一个的规范定义，从广义上讲，它指的是信号在高速产品中由互连线引起的所有问题。在高速数字系统中，信号完整性起着至关重要的作用。一旦信号完整性出现问题，可能会导致电路无法正常工作。而影响信号完整性的关键电气特性就是互连线的阻抗，它也是解决信号完整性问题的所在。
- 特性电阻：特性电阻是与传输线相关的概念。信号在传输线上实际传输时，会受到传输线上寄生参数（如寄生电感、寄生电阻、寄生电容）的影响。特性阻抗就是综合传输线场景下，这些寄生参数合成的阻抗。在实际的 PCB 应用中，传输线的电阻部分通常可以忽略不计。此时，PCB 传输线特性阻抗的一般表达式与单位长度传输线的固有电感 L 和固有电容 C 有关。在 PCB 行业，通常将传输线的特性阻抗简称为阻抗。
- 阻抗匹配：信号在传输线上传输时会受到传输线的阻抗影响，任何阻抗的突变都会引起信号的反射和失真，过度的反射和失真会引发信号完整性问题。阻抗匹配是指信号源或者传输线跟负载之间达到一种适合的搭配。对于一个高速数字系统来说，阻抗匹配十分重要，它主要有两个作用，一是调整负载功率，二是抑制信号反射。我们可以用水在管道中流动来类比信号在传输线上的传输，当管道粗细不一致时，会在关节处损失水流的动能，同样，传输线阻抗不匹配会造成电路能量的严重浪费。
上文提到，因阻抗不匹配会引起信号反射。我们可以用光在不同介质中传播的现象来形象地解释信号反射。当光从空气射向水面或者玻璃时，一部分光会被反射，另一部分光会折射进入另一种介质。同样，当传输线的阻抗不一致时，在阻抗跳变的地方，一部分能量会继续传输，另一部分能量则会被反射回去。反射会造成信号出现过冲（Overshoot）、振铃（Ringing）、边沿迟缓（回勾现象）等情况。过冲是振铃的欠阻尼状态，边沿迟缓是振铃的过阻尼状态。
- 过冲和下冲：过冲指的是个峰值或谷值超过设定电压值，下冲是指下一个谷值或峰值。对于上升沿来说，过冲是指电压；对于下降沿来说，过冲是指电压。过冲严重时会引起保护二极管工作，导致器件过早失效，甚至损坏器件。过分的下冲会引起假的时钟或数据错误，给器件带来潜在的累积性伤害，缩短其工作寿命，影响产品的长期稳定性。一般情况下，信号发送端的阻抗较低，接收端的阻抗较高，如果两者阻抗不匹配，发送的信号会在发送端和接收端之间来回反射，从而导致信号反射出现过冲和下冲。解决过冲的一般方法是匹配，也叫端接（Termination），其中心思想是消灭信号路径端点的阻抗突变。
- 振铃：如果过冲和下冲反复出现，就会产生振铃现象。过冲往往伴随有振铃，或者说过冲是振铃的一部分，振铃产生的次峰值电压就是过冲。将过冲和振铃分开来讲，是因为它们的危害不同。振铃除了具有过冲的危害之外，其波动可能会多次超过阈值判定电压造成误判，并且会急剧增加功耗，影响器件寿命。振铃现象的根本原因是信号反射，本质还是阻抗不匹配，所以减小或者消除振铃的解决方式与处理过冲和下冲相同，必须进行阻抗匹配端接。
信号反射是由传输线的阻抗突变导致的，而串扰是由信号线间互感和互容引起的噪声。在高频情况下，同一 PCB 板上的任何两个器件或导线之间都存在互容和互感。当一个器件或一条信号线上的信号发生变化时，其变化会通过互容和互感耦合到其他器件或信号线，即串扰耦合。当耦合信号或串扰信号足够大时，接收串扰信号的信号线上就会出现信号完整性问题。一个信号受到干扰信号的串扰影响会发生变形，使眼图闭合。在工程中，我们希望眼图尽量张开，这样才能有足够的余量保证无误地传输数据，反之，如果眼图闭合会使余量变小，导致结果错误。引起串扰的原因有很多，如 PCB 布线的长度、间距、层叠、参考地平面的状况、端接方式、驱动 / 接受端的电气特性等因素，解决方式也主要针对这些因素来处理。
在解决信号完整性问题之前，我们需要回顾一下引起信号完整性的因素，基本因素包括阻抗不匹配、串扰、电源完整性、时序等。在实际的信号完整性分析中，需要对引发信号完整性问题的根源进行描述，例如信号上升沿过短、阻抗匹配不合理、PCB 结构设计不合理、电源完整问题等。以下简单汇总了常见的信号完整性问题，并列出了引起问题的原因和相应的解决方法。
