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解析振鈴信號(hào)的產(chǎn)生過程

發(fā)布時(shí)間:2014-10-18 責(zé)任編輯:echolady

【導(dǎo)讀】信號(hào)傳輸過程中感受到阻抗的變化,信號(hào)反射必然會(huì)發(fā)生。信號(hào)的類型可能是遠(yuǎn)端反射回來的反射信號(hào),或者是驅(qū)動(dòng)端發(fā)出的信號(hào)。根據(jù)反射系數(shù)公式可知,信號(hào)感受到阻抗越小,負(fù)反射必然發(fā)生,反射的負(fù)電壓會(huì)使信號(hào)產(chǎn)生下沖,當(dāng)信號(hào)在驅(qū)動(dòng)端和遠(yuǎn)端負(fù)載發(fā)生多次反射時(shí),產(chǎn)生的結(jié)果就是信號(hào)振鈴。
 
信號(hào)的反射可能會(huì)引起振鈴現(xiàn)象,一個(gè)典型的信號(hào)振鈴如圖1所示。
 
解析信號(hào)振鈴的產(chǎn)生過程
圖1:典型的信號(hào)振鈴
 
大多數(shù)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(chǎn)生信號(hào)振鈴。信號(hào)振鈴的過程可以用反彈圖來直觀的解釋。假設(shè)驅(qū)動(dòng)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(nèi)層參考平面間介質(zhì)厚度來調(diào)整),為了分析方便,假設(shè)遠(yuǎn)端開路,即遠(yuǎn)端阻抗無窮大。驅(qū)動(dòng)端傳輸3.3V電壓信號(hào)。我們跟著信號(hào)在這條傳輸線中跑一次,看看到底發(fā)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(fù)載。圖2為反射示意圖。
 
解析信號(hào)振鈴的產(chǎn)生過程
圖2:反射示意圖
 
第1次反射:信號(hào)從芯片內(nèi)部發(fā)出,經(jīng)過10歐姆輸出阻抗和50歐姆PCB特性阻抗的分壓,實(shí)際加到PCB走線上的信號(hào)為A點(diǎn)電壓3.3*50/(10+50)=2.75V。傳輸?shù)竭h(yuǎn)端B點(diǎn),由于B點(diǎn)開路,阻抗無窮大,反射系數(shù)為1,即信號(hào)全部反射,反射信號(hào)也是2.75V。此時(shí)B點(diǎn)測(cè)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(diǎn),阻抗由50歐姆變?yōu)?0歐姆,發(fā)生負(fù)反射,A點(diǎn)反射電壓為-1.83V,該電壓到達(dá)B點(diǎn),再次發(fā)生反射,反射電壓-1.83V。此時(shí)B點(diǎn)測(cè)量電壓為5.5-1.83-1.83=1.84V。
 
第3次反射:從B點(diǎn)反射回的-1.83V電壓到達(dá)A點(diǎn),再次發(fā)生負(fù)反射,反射電壓為1.22V。該電壓到達(dá)B點(diǎn)再次發(fā)生正反射,反射電壓1.22V。此時(shí)B點(diǎn)測(cè)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(huán),反射電壓在A點(diǎn)和B點(diǎn)之間來回反彈,而引起B(yǎng)點(diǎn)電壓不穩(wěn)定。觀察B點(diǎn)電壓:5.5V->1.84V->4.28V->……,可見B點(diǎn)電壓會(huì)有上下波動(dòng),這就是信號(hào)振鈴。
 
信號(hào)振鈴根本原因是負(fù)反射引起的,其罪魁禍?zhǔn)兹匀皇亲杩棺兓?,又是阻抗!在研究信?hào)完整性問題時(shí),一定時(shí)時(shí)注意阻抗問題。 負(fù)載端信號(hào)振鈴會(huì)嚴(yán)重干擾信號(hào)的接受,產(chǎn)生邏輯錯(cuò)誤,必須減小或消除,因此對(duì)于長(zhǎng)的傳輸線必須進(jìn)行阻抗匹配端接。
 
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