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作者: 陳德恒 反射疑云 在前文中有不少公式與計算，但其實個人覺得應(yīng)用工程師要做的是知道趨勢，知道影響范圍，并不需要精確計算，那是軟件干的事情。（關(guān)注技術(shù)自媒體微信公眾號：一博_看得懂的高速設(shè)計） 最近聽到一個理論，說大數(shù)據(jù)時代，人們只需要知其然，不需要知其所以然。想象一下，當(dāng)我們要做一個項目時，我們可以輕而易舉的知道一些其他類似項目哪些結(jié)構(gòu)成功了哪些結(jié)構(gòu)失敗了，我們還需要理論分析干嘛呢？ 這句話到底有沒有道理大家仁者見仁智者見智，下面我們繼續(xù)來解決我們的反射問題：Breakout區(qū)域有一次阻抗不連續(xù)，但走出該區(qū)域之后，走線從細變寬，會增加一次反射，那是不是全程按照breakout區(qū)域走線會比較好？ 
首先將問題進行簡化，由于本身反射系數(shù)不大，第四次反射很小，假設(shè)傳到RX的信號是最初的信號加上第二次反射的信號。 一段長為X的阻抗不連續(xù)，對哪個頻率的影響最大呢？當(dāng)相位差為（2n+1）π/2時，也就是相差二分之一波長的時候（反射一來一回，對應(yīng)的X為四分之一波長）。 也就是說，當(dāng)X為100mil時，第一次最大衰減的頻點為15GHz，我們從S參數(shù)中可以很明顯的看出：
當(dāng)X為300mil時，第一次諧振頻率為5GHz：
假設(shè)總線長為2000mil，而全部按照breakout區(qū)域走線的阻抗去走的話，第一次諧振頻率則變成了750MHz，諧振周期為1.5GHz：
回頭呼應(yīng)反射系列文章的第一節(jié)，從那幾張圖中可以知道： 半波長時信號完全損耗了，四分之一波長時信號損耗30%。 全反射（反射系數(shù)為1）時，在諧振頻率（半波長）時損耗為100%，諧振頻率的損耗跟反射強度有關(guān)。 看到這里估計各位看官也明白了，阻抗不連續(xù)越長，影響的頻率越低。的的確確是因為阻抗不連續(xù)較短，反射淹沒在上升沿當(dāng)中了。 根據(jù)這套理論，我們很容易去判斷設(shè)計中的一些細節(jié)對整個系統(tǒng)的影響到底有多大，舉個例子：
信號速率越來越高是一種趨勢，于是各種優(yōu)化方案也被人們提了出來，這兩個可能是近年來開始被大家熟悉的優(yōu)化方案，加粗反焊盤上的走線或者填補走線附近的參考層，以防止反焊盤上扇出的走線阻抗偏高。可是這到底有多大的影響或者優(yōu)化呢？ 排除一些特殊情況（連接器，板厚較厚需要使用較大過孔等等），這一段在antipad上的走線長度大約為20mil（親，不要把過孔pad算上哦）。 20mil的第一次諧振頻率大約是多少呢？75GHz（四分之一波長）。如果我們按照二十分之一波長（影響不到1%）來算的話，對應(yīng)的頻率也是15GHz。您的信號需要做這樣的優(yōu)化嗎？ 看完這些之后，相信能幫助大家在工（he）程（ge）師（wan）精（sui）神和工（qiang）匠（po）精(zheng)神中間找到一個平衡點了。（關(guān)注技術(shù)自媒體微信公眾號：一博_看得懂的高速設(shè)計） 這一節(jié)高速先生有給大家準(zhǔn)備問題。問：減小反射影響的方法有哪些？ 深入反射 問：窮人思維和富人思維有什么區(qū)別？ 答：我拿到一2.4mm的20層板給它的28G信號通道做優(yōu)化，將信號安排在最后幾層，花了很久的時間在孔徑，pad，antipad，taper，孔距，地孔數(shù)量上做平衡，在最后為20mil長的stub需不需要背鉆做整體評估時，客戶拍拍我的肩膀說：“小陳吶，別那么麻煩了，用鐳射孔走第三層嘛，過孔短，stub也短”。 真實故事改編，逗大家一樂。 回顧上一期問題，平時大家想到減小反射的方法大多在匹配傳輸線阻抗，源端串阻，末端端接，進一步的還有容性負載補償。 除了減小反射本身，是否還有別的方法呢？有，避開諧振點。 下面是一個簡單的DDR3時鐘一驅(qū)四的拓撲，時鐘頻率為500MHz：
CPU到第一片顆粒長度為1500mil，顆粒與顆粒之間的長度為500mil，這時接收顆粒的波形如下：
拓撲沒有問題，末端也用匹配電阻上拉了，負載也并不多，為什么裕量那么小？ 回想一下前幾節(jié)說的，500HMz的時鐘信號頻域分量主要在500MHz，1.5GHz，這幾個頻率分量的四分之一波長分別為3000mil，1000mil。而我們當(dāng)前拓撲中兩兩之間1500mil，500mil的線長很容易就湊成了四分之一波長，諧振最嚴(yán)重的長度。 怎么辦呢？我們將CPU到第一片顆粒之間的線長延長至2100mil，顆粒之間線長延長至700mil之后：
整體的裕量變大了，如果再稍微做一些容性負載補償：
裕量進一步提升。實際操作時只需要在布局時稍微注意一下器件之間的距離，不需要增加成本，也不需要多余的繞線。 高速先生反射系列的文章到這里就結(jié)束了，最后總結(jié)一下： ●反射的本質(zhì)是波的反射，以及不同相位的波之間的疊加。 ●反射影響的嚴(yán)重程度主要是以下兩點： – 1.阻抗不匹配程度，影響諧振幅值。阻抗越不匹配，諧振幅度越大。 – 2.阻抗不匹配長度，影響諧振頻率，不匹配長度越長，諧振頻率越低。 ●需要根據(jù)實際情況分析反射的影響，對癥下藥。 希望這一系列文章對大家有幫助，歡迎大家提問討論。 |
