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國內大專院校SI/PI/EMC的課程與師資相對較少，除了台大 吳瑞北、吳宗霖老師，中原 薛光華老師，逢甲 林漢年老師，中山 洪子聖老師，高雄大學 吳松茂老師，大部分是做天線設計、電力電子、微波材料或微波電路/濾波器的相關研究。有感於一位夠水準的SI/PI/EMC工程師養成不易，筆者野人獻曝，參考一些大師著作加上個人理解，將相關領域的基本觀念整理，希望更多人能一窺堂奧。唯個人能力有限，雖然字字斟酌力求精確，但如有未盡完善之處，還請各界專家不吝指正。

1. 電感

2. 特性阻抗

3. Crosstalk

4. S參數 -- 基礎篇, 範例

5. S參數 -- 進階篇, 範例

6. Smith Chart 史密斯圖 怎麼用-高頻電路的好幫手 -- 引用

7. 終端匹配 (差模終端與共模終端)  -- 引用

   Termination Techniques for high-speed digital circuit p.40 -- 引用

8. 法拉第電磁感應定律與馬克斯威爾方程式 

9. IBIS and AMI Model -- 引用

Q & A  (點擊以下項目，展開內容)

• SI、PI領域常探討的問題是?

  -- Reflections/Distortion、Time Delay and Crosstalk.
  -- Power supply system input impedance, simultaneous switching noise (SSN), printed circuit board (PCB) resonance, decoupling capacitor placement, and edge radiations

• 何謂有限元素法、邊界元素法、矩量法

  -- 有限元素法(Finite Element Method, FEM) -- 一種電磁場數值分析方法，把物體切成很小的單元分析其電磁場(以馬克斯威爾方程式計算)，以Ansoft的HFSS為例，是切成四面體單元，計算其四個點與四個邊的值，其餘用內差取得。
  -- 邊界元素法(Boundary Element Method, BEM) -- 一種電磁場的數值分析方法，網格計算時只 考慮邊界/表面，不像FEM會內部也切。
  -- 矩量法(Moment Method, Method of Moment, MOM) -- 一種電磁場數值分析的(近似)方法，適合於第三維度上均勻變化的結構。SIwave v4.0~5.0與PlanarEM即屬此

• 如何以自學的方式，跨入SI、PI與EMC領域

  有心學習的人，以下幾個topic都最少要找兩本原文書，一本中文書，兩份網路上的文件讀過
  -- HSPICE, IBIS, IBIS-AMI model有何差異?
  -- 駐波為什麼叫"駐"波? Resonance的成因是什麼?
  -- 什麼是無源性(passivity)，什麼是因果性(causality)?
  -- 什麼是特性阻抗? 電阻、阻抗與特性阻抗有何不同?
  -- S-parameter怎麼看? S₁₁、S₂₁是指什麼? 更進一步的還有S₃₁、S₄₁又是指什麼?
  -- 天線定理是什麼? 傳導干擾與輻射干擾為何法規分開規範，並且後者從30MHz開始看?
  -- 近場與遠場差在哪裡? 電場、磁場、電磁波的基本差異?電場探棒與磁場探棒差在哪裡?
  -- 什麼是Common mode、differential mode? 成因是什麼，影響是什麼?分別的防治方法是什麼?
  -- 什麼是傳輸線模型? 進入傳輸線模型的條件? why訊號反射(reflection)? 各種阻抗匹配方式與差異?
  -- SI領域中，考慮訊號的頻寬0.35/tr、0.5/tr，這公式是怎麼來? 在PI領域中Target Impedance是指什麼?
  -- 什麼是ISI (Inter Symbol Interference)? It is from Crosstalk induced jitter and Data-Dependent Jitter (DDJ)
  -- 不同的PCB堆疊方式對特性阻抗、訊號傳輸速度、雜訊抑制效果、地迴路阻抗、內層寄生電容、EMI防治效果的影響
  -- 理想的RLC元件與實際的元件差在哪裡?為何我們需要注意元件的操作頻寬?電感與磁珠(bead)的差異在哪裡? 哪一種會引起高頻諧振?
  -- PCB設計的常見rule，像3W rule、20H rule，是什麼意思?物理意義上的原因是什麼? 繞蛇線有什麼要注意的? 貫孔效應的影響是什麼?
  -- 什麼是loop inductance? De-coupling capacitor的performance與什麼有關? SI、PI為何與loop inductance都有關? 當換層走線時，為何我們說return path會不連續? 為何割地不良所引起的訊號跨地，會造成SI, EMI issue?為何高頻訊號的return path是尋最小loop inductance路徑而不是最短路徑，兩者有何差別?

• 有哪幾種signal loss，其特性又如何? loss tangent又是什麼?

  -- Skin effect loss and Dielectric loss
  -- The loss tangent is the ratio at any particular frequency between the real and imaginary parts of the impedance of the capacitor.
    A large loss tangent means you have a lot of dielectric absorption.
    If you construct a capacitor C from a lossy dielectric, the dielectric absorption causes the value of C to change with frequency.
  -- For a crummy dielectric with higher dielectric loss, the decay in capacitance with frequency will be more pronounced.
    The rate of deterioration in capacitance is directly linked to the loss tangent.  -- by Dr. Howard Johnson
  -- Loss tangent跟介電係數一樣都是隨頻率而變的，一般模擬我們取loss tangent=0.016~0.02是worse case. (about 0.01@K~MHz)

• 何謂Full-wave analysis (HFSS, SIwave)，其與Quasi-static analysis (Q3D, TPA)的主要差異是?

  -- A simple explanation that facilitates the understanding is: full-wave analysis is to solve the complete set of Maxwell's equations without any simplifying assumptions.
    Usually the fields described by the equations are time-variant/frequency-dependent.
    Compared to full-wave analysis are some methods such as Quasi-static analysis, where the Maxwell's equations are simplified first (the fields are assumed time-invariant/frequency-independent).
    Full-wave analysis is often used to analyze electrically-large structures (physical size is much much larger compared to wavelength), in other words, doing high frequency analysis. Some famous full-wave solvers are:
    Ansoft HFSS, CST Microwave Studio.Quasi-static analysis is suitable for electrically small structures (usually physical size is assumed to be less than 1/10 wavelength or 1/6 wavelength or... depends on applications as can be seen from a lot of text books). One of the most famous solver is: Ansoft Q2D/Q3D. -- smithchart
  -- Full-wave: considering all field components: Ex,Ey,Ez,Hx,Hy,Hz Quasi-static (as example of non-full-wave one): only one component is considered to be dominant. Imagine you have micro-strip line in XY plane --> then Ez component is dominant in substrate region. You omit Ex and Ey and speed up the calculation. -- eirp

參考資料：

• Intel(Altera) SI中心、AMD(Xilinx) 資料中心

• "Signal Integrity", 台大吳瑞北教授2019課程講義 (推薦)

• "Power Integrity in SiP", 台大吳瑞北教授2017課程講義 (推薦)

• "Signal Integrity - Simplified", Eric Bogatin, Prentice Hall PTR, 2003

• "Signal and Power Integrity - Simplified", Eric Bogatin, Prentice Hall PTR, 2010.(推薦)

• "Digital Systems Engineering", 史丹佛大學W.J. Dally, J.W. Poulton教授寫的書，投影片講義

• "High-speed Links Circuits and Systems", 德州農工大學Sam Palermo教授2012課程講義(持續有更新, 推薦)