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作者：一博科技高速先生成員 孫小兵 眾所周知，信號的反射與互連線的阻抗密切相關，可以說互連線中阻抗突變是產生信號反射的最直接原因。但究竟為什么會發生反射，反射對信號的影響是什么樣的，信號反射的過程又是如何呢？剛好最近也在學習一些信號完整性方面的理論基礎知識，也是深受這部分的理論所困惑。下面就和小編一起深入了解一下在傳輸鏈路中反射的產生過程和對信號波形的影響吧。 創建了一個簡易的信號傳輸鏈路模型如下圖。信號源驅動內阻Rs為10Ω，輸出信號幅度為1V。中間傳輸線阻抗Rt為50Ω，傳輸延時TD為1ns。接收端負載阻抗無窮大，相當于遠端開路。 在該鏈路模型中，節點1位置是從10Ω輸出內阻到50Ω傳輸線，而對于從遠端到源端的方向來看，節點1位置是從50Ω傳輸線到10Ω輸出內阻，該節點反射系數ρ1=(10-50)/(50+10)=-0.667。在節點2位置，由于遠端開路，在遠端反射系數ρ2=(∞-50)/( ∞+50)≈1，信號在該位置將發生全反射。基于該傳輸模型推導的反射邏輯圖如下所示。 1.首先，假定信號邊沿開始處為時間0ns位置，此時根據串阻分壓，信號源輸出的1V電壓，經過輸出電阻和傳輸線電阻分壓后在節點1位置信號電壓V10=1V*50/(10+50)=0.83V。而節點2位置還沒有信號，故該時刻電壓V20=0V。 2.經過1ns的傳輸后，信號到達節點2并發生反射，反射電壓為0.83V*1=0.83V。此刻節點2位置的電壓V21=0V+0.83V+0.83V*1=1.66V。 3.遠端的反射信號經過傳輸線1ns后又會回到源端，并在源端也發生反射，此刻源端的電壓V12=0.83V+0.83V+0.83V*(-0.667)=1.106V。由于還沒有反射信號回到遠端，遠端電壓V22=1.66V。 4.在源端位置產生的反射信號經過傳輸線1ns后又重新回到遠端，并在遠端發生反射，此刻遠端的電壓V23=1.66V+(-0.554V)+(-0.554V*1) =0.552V。 以此類推…… 在上述情況下，內阻小于傳輸線阻抗，在源端位置出現負反射，這將引起通常所說的過沖和振鈴現象。如下圖所示，藍色曲線是源端電壓波形，紅色曲線是遠端接收到的電壓波形。在此示例中，信號上升邊遠于傳輸線時延，而信號周期較大于傳輸時延。這樣能夠考慮到所有的多次往返反射和阻抗突變的情況。 由反彈圖和以上的紅藍波形圖可以看出，反射信號電壓的絕對值在逐漸減小，震蕩幅度在逐漸減弱，末端的電壓最終逼近于信號源電壓1V。這是由于該電路是開路的，信號源電壓最終全部加在開路的末端。 以上展示了信號單邊沿后的反射全過程。當連續的碼元輸出后，將會在每一個上升沿和下降沿后的電平保持期間出現振鈴現象。高電平最高位置將達到1.66V，低電平最低位置將達到-0.66V。過沖將會導致接收端誤觸發造成誤碼，還可能突破電平接收容限，嚴重的可能損害芯片。 當信號速率升高達到一定程度或走線長度改變時，振鈴全過程就不能夠有充足的時間在信號平整區間完整的表現出來，后面的震蕩將可能會淹沒在信號上升沿或者下降沿期間，因而只表現出明顯的過沖現象，如下圖所示。 前面的鏈路中信號發生反射主要是由于源端內阻和傳輸線阻抗不匹配造成的，反射信號在源端和遠端來回傳輸并多次反射形成了一個振鈴效應。 想要改善反射對信號的影響，端接在這里就派上用場了。大家可能都知道端接可以有效的抑制或消除反射。這里就嘗試做一個端接處理，在源端位置串聯一個40Ω的電阻，鏈路模型如下： 上圖是做了端接處理后遠端接收到的信號波形。可以看到反射被消除了，接收端的信號幅度為信號源輸出信號電壓1V,且信號波形比較完整。 周一篇技術文章，學習更多內容，請百度搜索“一博科技官網”，直接進入學習 每周一篇技術文章，學習更多內容，請關注二維碼 作者：一博科技 edadoc.com 高速先生成員 |
