面试题：高速电路是什么，什么信号算高速？

来源：公众号 - 硬件大熊

作者：雕塑者

随着现代芯片技术的发展，器件集成度大幅度提升，各类数字器件的工作频率也越来越高，信号沿已经可以达到纳秒级别甚至更小。数百兆赫兹(MHz)甚至吉赫兹(GHz)的高速信号对于设计者而言，需要考虑在低频电路设计中所不需要考虑的信号完整性(Signal Integrity)问题。这其中包括延时、反射、串扰、同步开关噪声(SSN)、电磁兼容性(EMC)。

然而，高速电路是什么，什么信号才属于高速信号？这是笔者曾在一次面试中被问到过的一个问题，当时脑袋中迅速闪过图像数据处理、音频处理等设计，但是如何定义所谓的“高速”却一下子想不出来如何定义这个基本概念。

高速电路：数字逻辑电路的频率达到或超过50MHz，而且工作在这个频率之上的电路占整个系统的1/3以上，就可以称其为高速电路

高速信号：如果线传播延时大于数字信号驱动端上升时间的1/2，则可以认为此类信号是高速信号

与信号本身的频率相比，信号边沿的谐波频率更高，信号快速变化的跳变(上升沿或下降沿)可能引发信号传输的非预期结果。如果传输时间大于上升或下降时间的1/2，那么信号在改变状态之后，来自接收端的反射信号将到达驱动端，若该反射信号很强，叠加的波形就有可能改变逻辑状态。

以Tr表示信号上升时间，Tpd表示信号线传播延时，

若Tr > 4Tpd，则信号落在安全区域；

若2Tpd < Tr < 4Tpd，则信号落在不确定区域；

若Tr ≤ 2Tpd，则信号将落在问题区域。

当信号属于高速信号时，应该使用高速信号布线方法进行PCB设计。