信號(hào)完整性:信號(hào)振鈴是怎么產(chǎn)生的

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　　信號(hào)的反射可能會(huì)引起振鈴現(xiàn)象，一個(gè)典型的信號(hào)振鈴如圖1所示。

　　圖1

　　那么信號(hào)振鈴是怎么產(chǎn)生的呢?

　　前面講過(guò)，如果信號(hào)傳輸過(guò)程中感受到阻抗的變化，就會(huì)發(fā)生信號(hào)的反射。這個(gè)信號(hào)可能是驅(qū)動(dòng)端發(fā)出的信號(hào)，也可能是遠(yuǎn)端反射回來(lái)的反射信號(hào)。根據(jù)反射系數(shù)的公式，當(dāng)信號(hào)感受到阻抗變小，就會(huì)發(fā)生負(fù)反射，反射的負(fù)電壓會(huì)使信號(hào)產(chǎn)生下沖。信號(hào)在驅(qū)動(dòng)端和遠(yuǎn)端負(fù)載之間多次反射，其結(jié)果就是信號(hào)振鈴。大多數(shù)芯片的輸出阻抗都很低，如果輸出阻抗小于PCB走線的特性阻抗，那么在沒(méi)有源端端接的情況下，必然產(chǎn)生信號(hào)振鈴。

　　信號(hào)振鈴的過(guò)程可以用反彈圖來(lái)直觀的解釋。假設(shè)驅(qū)動(dòng)端的輸出阻抗是10歐姆，PCB走線的特性阻抗為50歐姆(可以通過(guò)改變PCB走線寬度，PCB走線和內(nèi)層參考平面間介質(zhì)厚度來(lái)調(diào)整)，為了分析方便，假設(shè)遠(yuǎn)端開路，即遠(yuǎn)端阻抗無(wú)窮大。驅(qū)動(dòng)端傳輸3.3V電壓信號(hào)。我們跟著信號(hào)在這條傳輸線中跑一次，看看到底發(fā)生了什么?為分析方便，忽略傳輸線寄生電容和寄生電感的影響，只考慮阻性負(fù)載。圖2為反射示意圖。

　　第1次反射：信號(hào)從芯片內(nèi)部發(fā)出，經(jīng)過(guò)10歐姆輸出阻抗和50歐姆PCB特性阻抗的分壓，實(shí)際加到PCB走線上的信號(hào)為A點(diǎn)電壓3.3*50/(10+50)=2.75V。傳輸?shù)竭h(yuǎn)端B點(diǎn)，由于B點(diǎn)開路，阻抗無(wú)窮大，反射系數(shù)為1，即信號(hào)全部反射，反射信號(hào)也是2.75V。此時(shí)B點(diǎn)測(cè)量電壓是2.75+2.75=5.5V。

　　第2次反射：2.75V反射電壓回到A點(diǎn)，阻抗由50歐姆變?yōu)?0歐姆，發(fā)生負(fù)反射，A點(diǎn)反射電壓為-1.83V，該電壓到達(dá)B點(diǎn)，再次發(fā)生反射，反射電壓-1.83V。此時(shí)B點(diǎn)測(cè)量電壓為5.5-1.83-1.83=1.84V。

　　第3次反射：從B點(diǎn)反射回的-1.83V電壓到達(dá)A點(diǎn)，再次發(fā)生負(fù)反射，反射電壓為1.22V。該電壓到達(dá)B點(diǎn)再次發(fā)生正反射，反射電壓1.22V。此時(shí)B點(diǎn)測(cè)量電壓為1.84+1.22+1.22=4.28V。

　　第4次反射：。。。 。。。 。。。第5次反射：。。。 。。。 。。。

　　如此循環(huán)，反射電壓在A點(diǎn)和B點(diǎn)之間來(lái)回反彈，而引起B(yǎng)點(diǎn)電壓不穩(wěn)定。觀察B點(diǎn)電壓：5.5V->1.84V->4.28V->……，可見B點(diǎn)電壓會(huì)有上下波動(dòng)，這就是信號(hào)振鈴。

　　圖2

　　信號(hào)振鈴根本原因是負(fù)反射引起的，其罪魁禍?zhǔn)兹匀皇亲杩棺兓?，又是阻?在研究信號(hào)完整性問(wèn)題時(shí)，一定時(shí)時(shí)注意阻抗問(wèn)題。

　　負(fù)載端信號(hào)振鈴會(huì)嚴(yán)重干擾信號(hào)的接受，產(chǎn)生邏輯錯(cuò)誤，必須減小或消除，因此對(duì)于長(zhǎng)的傳輸線必須進(jìn)行阻抗匹配端接。