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信号完整性:反射

2013年11月06日 ⁄ 综合 ⁄ 共 903字 ⁄ 字号 评论关闭

反射是指从发射端发射出去的信号,不能被接收端完全吸收,造成部分能量返回的现象。

      反射是由于阻抗不匹配引起的。实际点讲是:过长的走线、未被匹配终结的传输线、过量电容或电感以及阻抗失配。

      下面以理想的传输线模型来分析与信号反射有关的重要参数。理想传输线L被内阻为R0的数字信号驱动源VS驱动,传输线的特征阻抗为Z0,负载阻抗为RL。


       根据内阻、传输线特征阻抗和负载阻抗三者之间相互匹配的关系,可以分为三种情况:

临界阻尼  R0=Z0=RL      传输线阻抗连续,R0和RL各消耗一半能量,不发生反射;

欠阻尼    RL> Z0                负载不能完全吸收能量,多余的能量将返回源端;

过阻尼    RL< Z0              负载试图消耗比当前源端提供的能量更多的能量,通过反射来通知源端要输送更多的能量。

       反射会造成信号过冲(Overshoot)、振铃(Ringing)、边沿迟缓(阶梯电压波)。过冲是振铃的欠阻尼状态,边沿迟缓是振铃的过阻尼状态。实际电路表现为:接收端有输入保护二极管保护,但有时这些过冲电平会远远超过元件电源电压范围,损坏元器件;振铃表现在信号的跳变过程中多次跨越逻辑电平的阙值,造成逻辑功能的紊乱;边沿迟缓就是通常所说的台阶,有些时候可能会有回勾现象造成误触发。下图为信号反射的三种表现形式。

        在实际设计中,无法做到0反射,我们只能最小化发射的负面影响,针对反射产生的机理,下面列举了3种方法:

1、降低系统频率和用上升时间缓慢的驱动器。在另一个信号加到传输线上之前传输线的反射达到稳态,这个对于高速系统通常是不可能的,因为它需要降低操作频率。在高速设计电路里,靠降低驱动器的上升速度的前景不明显。

2、缩短PCB走线以便反射在短时间达到稳态。实际PCB布局,如果缩短了走线,往往会增加PCB板层,成本提高很多。此外缩短走线在现在高速电路板设计中,由于信号传输频率越来越高,这种方法的效果太微小。

3、在传输线的两端用等于线的特征阻抗的阻抗的端接传输线以排除反射。这种方法是目前高速电路设计中采用最多的方法,实际效果很好。

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