信號完整 性--傳輸線與反射

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如果沿互聯(lián)傳播史受到的瞬時阻抗發(fā)生變化，則一部分信號將被反射，另一部分發(fā)生失真并繼續(xù)傳播下去，這一原理正是單一線網(wǎng)中多數(shù)信號完整性問題產(chǎn)生的主要原因。只要信號遇到瞬時阻抗發(fā)生變化就會發(fā)生反射。就形成了振鈴、過沖或者下沖，也就是引起噪聲、甚至是誤觸發(fā)。

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所以我們設計互聯(lián)的主要目的就是保持瞬時阻抗恒定。因此在設計過程中，第一，保證特征阻抗不變，第二可以在傳輸線的終端進行阻抗匹配，第三，使用良好的布線拓撲結構，拓撲結構也會影響反射（線上不要有分支和樁線）。

反射系數(shù)（跟后面S11返回損耗有些相似）：

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這個公式熟記。無論信號波形是什么形狀，只要遇到交界面，波形的各部分都有反射。在解決這一問題有下面四個設計要點

1、使用可控阻抗互聯(lián)，2、傳輸線兩端至少有一個端接匹配，3、選擇布線拓撲結構，4、讓幾何結構的任何突變都最小化。之所以產(chǎn)生反射，是因為要滿足兩個重要的邊界條件V1=V2 I1=I2.

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信號導體和返回導體之間的總電壓是沿著這兩個方向傳播的電壓之和。前面特征阻抗公式推導中，電壓和電流的解就是在數(shù)學上解釋這個問題。

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下面我們講講關于不同負載的反射。

一、阻性負載反射，

如果傳輸線的終端為開路，即傳輸線的末端沒有任何端接，則末端的瞬時阻抗是無窮大（第二區(qū)域可以不是傳輸線，可能是一個相應的分立元件或者他們的組合電路）。則反射系數(shù)=1

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入射為1V,末端電壓等于反射電壓和入射電壓之和=2V.如果在末端放一個50Ω的電阻，那么可以使得信號不反射，這也是后面會提到的端接。如果短接，反射系數(shù)為-1，這末端電壓=0.

整個反彈圖如下：

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圖中有兩個重要特性1、遠端的電壓最終逼近源電壓1V，因為該電路是開路的，所以這是必然結果。2、開路處的實際電壓有時候大于源電壓。阻抗突變引起的信號失真程度受兩個最重要參數(shù)的影響：信號的上升邊和阻抗突變的大小。當信號通過電路元件時，電流和電壓的變化率隨時間變化，所以元件的阻抗也隨時間變化。最簡單的傳輸線電路由近端驅動器、短的可控阻抗互聯(lián)和遠端接收器組成。當導線很長時，多次反射會引起信號完整性問題，一般將其歸結為振鈴問題，當延時遠小于上升邊，那么多次反射將被掩蓋在上升沿中，幾乎無法辨認也就不會導致潛在的問題。根據(jù)振鈴硬氣的原因，也就是阻抗變化引起的不斷反射。所以如果能在至少一端消除反射就能減小振鈴噪聲?？刂苽鬏斁€一端或者兩端的阻抗以減小反射的方法稱為端接。典型的方法就是在重要部位放置一個或多個電阻器。

四種常用端接方法：

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在工作中會遇到的一些匹配。

二、容性負載反射

所有的接收器都有門輸入電容，當信號沿傳輸線到達末端的理想電容器時，決定反射系數(shù)的瞬時阻抗將隨著時間的變化而變化。

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如果信號上升邊小于電容器的充電時間常數(shù)，那么最初的電容器上電壓迅速上升，這是阻抗很小。隨著電容器的充電，電容器的電壓變化率會緩慢下降，這是電容器阻抗將明顯增大。如果時間足夠長，電容器達到飽和，那么電容器相當于斷路。

也就是反射系數(shù)隨著時間的變化而變化。反射信號將會先下跌再上升到開路狀態(tài)是的情況。傳輸電壓模式的長期效果就像通過電阻器向電容器充電。電容器對信號上升沿進行濾波，對接收端而言，她相當于一個‘時延累加器’。

在容性負載的傳輸線末端，電壓的變化形式就像RC在充電。其中C是負載電容量。那么傳輸信號的10%-90%的上升邊主要由充電RC決定，約等于：

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如果信號初始的上升沿比充電時間短，則傳輸線末端的容性負載引起的時延占主導地位，并決定了接收端的上升邊，如果初始上升邊比延時大，則負載端的延時為初始信號上升邊累加上約等于10%-90%RC的上升時延。

在走線中，焊盤、過孔、封裝引線或鏈接到互聯(lián)中的短樁線，都起著集總電容的作用。傳輸線中的理想電容的影響由信號上升邊和電容量決定。電容量越大，電容器阻抗就越小，負反射電壓就越大，從而接收端的下沖就越大。同理，上升邊越短促，電容器阻抗就越小，下沖也越大。

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C表示突變處的電容量。

為了控制下沖，因此在

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我們希望的情況是Zcap無窮大，這樣就不會影響傳輸線的傳輸，返回路徑和信號路徑之間隔斷，希望Zcap>>Z0.因此可推出

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反射噪聲不出問題時的可容許的最大電容量。

中途容性負載產(chǎn)生的第一位影響是接收端的下沖噪聲，第二位的更復雜的影響則是遠端信號的接受時間的延時。

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基本上每個過孔就會增加25ps時延，所以過孔很容易造成嚴重的時序問題。

走線中，彎曲處的額外寬度是影響信號傳輸唯一因素，它如同一個容性突變。50歐姆傳輸線的一個拐角電容量約等于兩倍線寬。

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信號傳輸線與反射主要就是這些了。其次還有感性突變引起的反射和有載線的一些情況。具體的可以查閱其他資料。

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