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[仿真讨论] 信号振铃是如何产生的

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发表于 2020-5-7 10:22 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

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信号的反射可能会引起振铃现象,一个典型的信号振铃如图1所示。 3 G1 B- U# n0 v5 J& O, z
7 e& j# r: V4 E: |  c" r
 那么信号振铃是怎么产生的呢?
. r8 c6 q# I6 Z  D3 R# I/ E  G/ I0 e! J9 @3 f" C6 d  b" D0 t) s
          前面讲过,如果信号传输过程中感受到阻抗的变化,就会发生信号的反射。这个信号可能是驱动端发出的信号,也可能是远端反射回来的反射信号。根据反射系数的公式,当信号感受到阻抗变小,就会发生负反射,反射的负电压会使信号产生下冲。信号在驱动端和远端负载之间多次反射,其结果就是信号振铃。大多数芯片的输出阻抗都很低,如果输出阻抗小于PCB走线的特性阻抗,那么在没有源端端接的情况下,必然产生信号振铃。# ^/ ^( \- d1 x1 u5 G
          信号振铃的过程可以用反弹图来直观的解释。假设驱动端的输出阻抗是10欧姆,PCB走线的特性阻抗为50欧姆(可以通过改变PCB走线宽度,PCB走线和内层参考平面间介质厚度来调整),为了分析方便,假设远端开路,即远端阻抗无穷大。驱动端传输3.3V电压信号。我们跟着信号在这条传输线中跑一次,看看到底发生了什么?为分析方便,忽略传输线寄生电容和寄生电感的影响,只考虑阻性负载。图2为反射示意图。% D# j6 Q, L8 O9 l0 {+ T/ o
          第1次反射:信号从芯片内部发出,经过10欧姆输出阻抗和50欧姆PCB特性阻抗的分压,实际加到PCB走线上的信号为A点电压3.3*50/(10+50)=2.75V。传输到远端B点,由于B点开路,阻抗无穷大,反射系数为1,即信号全部反射,反射信号也是2.75V。此时B点测量电压是2.75+2.75=5.5V。
4 j5 C8 J! Z6 Y3 J# N          第2次反射:2.75V反射电压回到A点,阻抗由50欧姆变为10欧姆,发生负反射,A点反射电压为-1.83V,该电压到达B点,再次发生反射,反射电压-1.83V。此时B点测量电压为5.5-1.83-1.83=1.84V。. K7 {9 z$ b  a4 J, }0 q* s
          第3次反射:从B点反射回的-1.83V电压到达A点,再次发生负反射,反射电压为1.22V。该电压到达B点再次发生正反射,反射电压1.22V。此时B点测量电压为1.84+1.22+1.22=4.28V。
( x% K& j% M- R! r+ y6 v5 x          第4次反射:。。。 。。。 。。。第5次反射:。。。 。。。 。。。, T5 j% ^5 T/ l
          如此循环,反射电压在A点和B点之间来回反弹,而引起B点电压不稳定。观察B点电压:5.5V->1.84V->4.28V->……,可见B点电压会有上下波动,这就是信号振铃。* ?9 _' t) ?& K6 I+ v" a
3 f( ~- l! E2 J0 I) ]
          图2  P) C" X" Z, h0 i( L( `
          信号振铃根本原因是负反射引起的,其罪魁祸首仍然是阻抗变化,又是阻抗!在研究信号完整性问题时,一定时时注意阻抗问题。* B; K/ m$ J) w7 [+ ~
          负载端信号振铃会严重干扰信号的接受,产生逻辑错误,必须减小或消除,因此对于长的传输线必须进行阻抗匹配端接。. C- U. w* I! J! P7 G1 A5 x9 K
. M4 C" V0 @7 c

4 o% G  W1 P- z! H) \( S: M

该用户从未签到

2#
发表于 2020-5-7 13:13 | 只看该作者
 信号振铃根本原因是负反射引起的

该用户从未签到

3#
发表于 2020-5-10 21:27 | 只看该作者
个人感觉,信号完整性的本质就是阻抗的匹配性
  • TA的每日心情
    开心
    2021-8-6 15:17
  • 签到天数: 123 天

    [LV.7]常住居民III

    4#
    发表于 2020-5-12 10:37 | 只看该作者
    谢谢楼主分享
  • TA的每日心情
    开心
    2022-11-27 15:22
  • 签到天数: 770 天

    [LV.10]以坛为家III

    5#
    发表于 2020-5-12 19:09 | 只看该作者
    阻抗不匹配产生的。

    该用户从未签到

    6#
    发表于 2020-5-17 21:07 | 只看该作者
    受感谢分享,受教了1 d) t4 {# ], a1 M3 Z7 }3 k- e' U8 H
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