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最近在看高速信號的內(nèi)容，實際工作中接觸過相關(guān)內(nèi)容，但總感覺云里霧里，看待問題還是一知半解，覺得有必要把這部分的內(nèi)容重新梳理一下，所以打算把高速信號的內(nèi)容整理成以下幾個系列，如下： 高速信號之傳輸線 高速信號之均衡 高速信號之反射與端接 高速信號之串擾 高速信號之抖動 高速信號之眼圖 高速信號之擴頻時鐘 等等等....... 實在能力有限，暫且就想到這么多。這些內(nèi)容短時間肯定梳理不完，每一個系列我想的是盡可能系統(tǒng)的來介紹相關(guān)的內(nèi)容（能力有限，見諒見諒），并帶有實際案例分析?？梢宰尨蠹业玫讲灰粯拥臇|西，加深對高速信號的理解，同時自己在這個過程中學(xué)有所得，至少或者說是強迫自己能夠堅持下去（就不多叭叭了，正式開始） 今天就以反射與端接作為這一系列的開篇，主要介紹以下幾部分內(nèi)容： 1、為什么要了解反射 2、什么情況下需要考慮反射 3、如何來定義反射 4、為什么會存在反射 5、反射的三種極端情況 6、反射的解決方案-端接 7、由拓撲結(jié)構(gòu)選擇端接方式 為什么要了解反射 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電路的規(guī)模越來越大，單個器件集成的功能越來越多，速率越來越高，器件引腳的信號變化沿速率也越來越高，導(dǎo)致SI問題越來越多，主要是反射、串擾、輻射。而反射是由于信號傳輸路徑上的阻抗不連續(xù)造成，嚴重的反射將破壞信號的完整性,并引起信號過沖現(xiàn)象,從而出現(xiàn)錯誤的數(shù)字邏輯和毀壞器件，了解反射的來源和解決方案有助于我們更好的進行系統(tǒng)設(shè)計和解決信號完整性問題。 什么情況下需要考慮反射 文章的標題是高速信號之反射與端接，當然只有在高速信號中才需要考慮信號的阻抗匹配，那么怎么來界定高/低速信號呢？可以在網(wǎng)上搜索到的或者一般性結(jié)論有如下幾條： 頻率大于50MHZ的信號； 需要考慮趨膚效應(yīng)帶來的影響時的信號； 邊沿時間小于100PS的信號； 實際上這些說法都不太準確，周期頻率高的一定是高速信號信號嗎？答案肯定是否定的。下面通過兩個方法給大家介紹一下怎么區(qū)分高/低速信號。 方法1：信號的走線長度大于信號有效波長的1/6時，即為高速信號。 事實上我們考慮信號的最高頻率不是周期頻率F，而是信號的有效頻率Fknee。有效頻率只有信號的上升沿時間有關(guān)，定義如下：
其中Tr是信號的10%-90%上升沿時間。 信號波長與信號頻率的關(guān)系如下：
其中C為信號在PCB上的傳輸速度， 同時在低速信號的傳輸路徑上各點的電平大致相同，而高速信號傳輸路徑上各點電平存在較大差異。因此低速信號可以用集總式思維分析，高速信號需要用分布式思維看待。由此可知，高速低速的區(qū)分，不禁取決于信號頻率，還取決于傳輸路徑的長度。 綜上所述，區(qū)分高速和低速信號的步驟如下： 第一步：計算信號的有效頻率Fknee和走線長度L 第二步：利用Fknee計算出信號的有效波長λknee。 第三步：判斷L與1/6*λknee的關(guān)系，若L>1/6*λknee，則信號為高速信號。 （在已有PCB板的情況下，我們可以直接測量信號的上升沿時間從而計算Fknee的值，而沒有現(xiàn)成電路的情況下默認信號有效頻率是信號周期頻率的7倍。例如頻率為100M的周期信號，我們可認為有效頻率Fknee為700M。）
【案例】 信號1：周期頻率100MHz,上升沿時間2ns，走線長度6in 信號2：周期頻率100MHz,上升沿時間0.5ns，走線長度6in 【解釋】 根據(jù)有效頻率Fknee和的計算公式，可以得到： 對信號1： Fknee=0.5/2ns=250MHz λknee=C/ Fknee= /250MHz =1.2m=47in 對信號2： Fknee=0.5/0.5ns=1000MHz λknee=C/ Fknee= /1000MHz =0.3m=12in 其中，1m=39.37in 信號1走線長度為6in,小于λknee的1/6,因此為低速信號。對于信號2走線長度同為6in,大于λknee的1/6,因此為高速信號。 方法2：信號的上升沿時間小于6倍信號的傳輸延時，即為高速信號 信號的上升時間可以通過IBIS模型或是數(shù)據(jù)手冊獲取，或使用方法1進行計算。而傳輸延時則可以按照信號線總長度除以信號傳播速度進行計算，信號傳輸速度近似值約為6mil/ps。
【案例】 信號1：周期頻率100MHz，上升沿時間為100ps，傳播距離60mil 信號2：周期頻率100MHz，上升沿時間為100ps，傳播距離600mil 【解釋】 信號1：根據(jù)6mil/ps傳輸速度進行計算，60mil的傳播距離傳輸延時為60/6=10ps。100ps > 10ps*6,此信號就不算為高速信號。 信號2：同樣的信號，傳播距離改為600mil，600mil的傳播距離傳輸延時為600/6=100ps。100ps < 100ps*6,就需要將此信號作為高速信號進行處理。 如何來定義反射 如下如所示，假設(shè)驅(qū)動端的輸出阻抗為17Ω，傳輸線阻抗為50Ω，負載端1K。我們將信號類比為水流，阻抗的高低類比于管道的粗細。可以看出阻抗低的部分管道粗，水流比較大。阻抗高的部分管道細，水流比較小。在管道粗度不一致的地方（阻抗不連續(xù)的地方）水流發(fā)生了變化，有一部分水流是流不過去的，并且還影響到了流過來的水流。信號也是如此，在阻抗不連續(xù)的地方產(chǎn)生了反射，反射信號疊加在了原信號上，造成信號失真。
信號沿傳輸線傳播時，其路徑上的每一步都有相應(yīng)的瞬時阻抗。如果互連的阻抗是可控的，瞬時阻抗就等于線的特性阻抗，無論什么原因使瞬時阻抗發(fā)生了變化，部分信號將沿著與傳播方向相反的方向反射，而另一部分將繼續(xù)傳播，但幅度有所改變，瞬時阻抗發(fā)生變化的地方稱為阻抗突變。
反射信號的量值由瞬時阻抗的變化量決定，假設(shè)區(qū)域1的瞬時阻抗為Z1，區(qū)域2的瞬時阻抗為Z2，則反射信號與入射信號之間的幅值之比為：
其中 兩個區(qū)域的阻抗差異越大，反射信號量就越大。例如，如果1V的信號沿特性阻抗為50Ω的傳輸線傳播，當它進入75Ω的區(qū)域時，反射系數(shù)為（75-50）/（75+50）=20%，反射電壓為0.2*1=0.2V。時域中，無論什么樣的波形，只要遇到交界面，波形的各個部分的20%都會被反射回去。頻域中，所有波形都為正弦波，每個正弦波都會被反射，且反射的幅值和相位都可以從上述公式計算出來。 今天得文章暫且到此結(jié)束，后面的內(nèi)容會馬上跟上，謝謝！ |
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，F(xiàn)表示信號的有效頻率Fknee。
稱為反射電壓，
稱為入射電壓，
稱為傳輸電壓。
