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信號完整性:信號振鈴是怎么產生的

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關鍵詞:信號,振鈴,信號

      信號的反射可能會引起振鈴現象,一個典型的信號振鈴如圖1所示。

              

      那么信號振鈴是怎么產生的呢?

      前面講過,如果信號傳輸過程中感受到阻抗的變化,就會發生信號的反射。這個信號可能是驅動端發出的信號,也可能是遠端反射回來的反射信號。根據反射系數的公式,當信號感受到阻抗變小,就會發生負反射,反射的負電壓會使信號產生下沖。信號在驅動端和遠端負載之間多次反射,其結果就是信號振鈴。大多數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,那么在沒有源端端接的情況下,必然產生信號振鈴。

      信號振鈴的過程可以用反彈圖來直觀的解釋。假設驅動端的輸出阻抗是10歐姆,PCB走線的特性阻抗為50歐姆(可以通過改變PCB走線寬度,PCB走線和內層參考平面間介質厚度來調整),為了分析方便,假設遠端開路,即遠端阻抗無窮大。驅動端傳輸3.3V電壓信號。我們跟著信號在這條傳輸線中跑一次,看看到底發生了什么?為分析方便,忽略傳輸線寄生電容和寄生電感的影響,只考慮阻性負載。圖2為反射示意圖。

      第1次反射:信號從芯片內部發出,經過10歐姆輸出阻抗和50歐姆PCB特性阻抗的分壓,實際加到PCB走線上的信號為A點電壓3.3*50/(10+50)=2.75V。傳輸到遠端B點,由于B點開路,阻抗無窮大,反射系數為1,即信號全部反射,反射信號也是2.75V。此時B點測量電壓是2.75+2.75=5.5V。

      第2次反射:2.75V反射電壓回到A點,阻抗由50歐姆變為10歐姆,發生負反射,A點反射電壓為-1.83V,該電壓到達B點,再次發生反射,反射電壓-1.83V。此時B點測量電壓為5.5-1.83-1.83=1.84V。

      第3次反射:從B點反射回的-1.83V電壓到達A點,再次發生負反射,反射電壓為1.22V。該電壓到達B點再次發生正反射,反射電壓1.22V。此時B點測量電壓為1.84+1.22+1.22=4.28V。

      第4次反射:。。。 。。。 。。。第5次反射:。。。 。。。 。。。

      如此循環,反射電壓在A點和B點之間來回反彈,而引起B點電壓不穩定。觀察B點電壓:5.5V->1.84V->4.28V->……,可見B點電壓會有上下波動,這就是信號振鈴。

           

      信號振鈴根本原因是負反射引起的,其罪魁禍首仍然是阻抗變化,又是阻抗!在研究信號完整性問題時,一定時時注意阻抗問題。

      負載端信號振鈴會嚴重干擾信號的接受,產生邏輯錯誤,必須減小或消除,因此對于長的傳輸線必須進行阻抗匹配端接。

    (審核編輯: 智匯胡妮)

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