• 微信公众号:美女很有趣。 工作之余,放松一下,关注即送10G+美女照片!

信号完整性之反射(二)

互联网 diligentman 3周前 (04-21) 13次浏览

一、信号反射定义

反射(reflection)定义:传输时,每一时刻都会遇到一个传输线的瞬时阻抗,当该瞬时阻抗发生变化时,一部分信号将会反射,另一部分将会继续向前传输。或者说反射就是回波,信号功率的一部分传输到线上并达到负载端,但是有一部分反射会回源端。
关于阻抗定义大家可能接触许多关于阻抗的说法,下面简单介绍一下互连传输路径的阻抗定义
阻抗:将传输线始端的输入阻抗称为阻抗。
瞬时阻抗:将信号在互连传输过程中随时遇到的阻抗称为瞬时阻抗。
特征阻抗:如果传输线有恒定不变的瞬时阻抗,就称为传输线的特征阻抗。
一般都是用特征阻抗来描述传输线阻抗(单端50ohm、差分100ohm),其是影响传输线在电路中信号完整性的一个主要因素。

二、信号反射机理

信号沿传输线向前传播时,每时每刻都会遇到一个瞬时阻抗,这个阻抗可能是传输线本身的,有可能是中途的过孔、线宽的变化或者末端的其他元件等。对于信号来说,它不会区分到底是什么,信号所能感受到的就是阻抗的变化,如果阻抗不变就会继续向前传播,阻抗变化就会发生反射。
简单举个例子,方便大家理解:
阻抗连续类似;水流在水管中平稳流淌,突然遇到水管变细或者分支的俩个孔径小的水管,那么水会在拐弯的地方晃动和产生水花
在反射的概念中还有一个很重要的定义就是反射系数:它是衡量反射能量的多少,指的是反射电压比上原传输信号电压的比值,公式定义如下:
Z2:信号进入区域的瞬时阻抗 Z1:信号最初所在区域的阻抗
信号完整性之反射(二)

三、信号反射的三种情况

负载阻抗和入射阻抗相等:负载消耗能量等于入射能量,没有反射
【负载阻抗和特征阻抗相等,传输线阻抗一致,反射系数为0,阻抗连续】
当负载短路时:负载端没有全部吸收能量,发生反射
【负载阻抗小于特征阻抗,反射系数为负,阻抗不连续】
当负载开路时:负载端还可以吸收更多的能量,发生反射
【负载阻抗大于特征阻抗,反射系数为正,阻抗不连续】
综合以上三个特殊情况,可以总结为当源端和负载端阻抗均不匹配时,信号在两端来回多次反射,由此产生振铃,消除多次反射的方法是使源端和负载端至少有一个匹配,这样反射只进行一次。

四、消除反射的措施

消除反射可以通过更改传输线的不连续结构、端接匹配、走线拓扑来进行调整。
更改走线不连续结构:减少走线的现款的突变、减少过孔的使用或者减少STUB等措施。
端接匹配包括:
串联端接:在源端串一个电阻,电阻阻值加上驱动端的输出阻抗应该等于传输线的特征阻抗,以此来消除负载端的反射。在这种情况下会发生一次反射,每条线上只用加上一个电阻,消耗功率小,但是会增加信号的传输时间,减缓信号的上升和下降时间。
信号完整性之反射(二)
并联端接:在负载端并联电阻,电阻的阻值需要和传输线的特征阻抗相等,以此来消除终端的一次反射。并联电阻可以上拉到电源或下拉到地,适用于多负载的情况。
信号完整性之反射(二)
AC并联端接:在负载端并联上电阻与电容,电阻的阻值和特征阻抗相等。AC端接是为消除直流功耗,但是需要两个器件,需要增加成本和板面积。而且增加了容性负载,对信号容易造成延时。适用于多负载,对周期信号有效,不适合于非周期信号。
信号完整性之反射(二)
戴维南端接:在负载端并联两个电阻,两个并联的电阻阻值应该和特征阻抗相等。并联电阻可以上拉到电源或下拉到地,适用于多负载的情况。
信号完整性之反射(二)
走线拓扑:拓扑指的是在应对单一驱动源(多个)驱动多个负载(一个)的情况下,决定信号走向如何来完成PCB走线的方式。包括点对点(Point to point)、菊花链(Daisy)、星型结构(Star)、远端簇型(Far-end cluster)、树型(Tree)。
点对点(point to point):单向传输,适用于时钟和重要信号线,易于控制信号延时和信号质量,通常采用始端串联端接。
信号完整性之反射(二)
菊花链(Daisy):适用于单向传输,从源端发射依次到达各个负载端,通常采用并联端接。驱动端到达每个负载的时延不一致,最远端的信号质量最好,最近信号质量差,需要保证每个分支的长度越短越好。
信号完整性之反射(二)
星形结构(Star):适用于单向传输,典型结构的主干线越短越好,可以把各个分支看成点到点结构,然后分别加始端串联端接。容易控制各个负载的走线长度,但需要驱动端要有较强的驱动能力。
信号完整性之反射(二)
树形(Tree):适用于需要各个分支负载控制等长的情况,通常采用终端戴维南端接的方式。
信号完整性之反射(二)

远端簇形(Far-end cluster):适用于单向传输,各个分支很短,需要布局时负载靠的很近。此时可以当成点到点加始端串联端接的方式。
信号完整性之反射(二)
以上资料主要参考《Cadence 高速电路设计》、《ANSYS信号完整性分析与仿真实例》
如有错误,希望各位大神留言指正,感谢!!!


程序员灯塔
转载请注明原文链接:信号完整性之反射(二)
喜欢 (0)