凡亿专栏 | ​信号完整性(SI)的反射消除方式详解
​信号完整性(SI)的反射消除方式详解

信号反射是信号完整性(SI)的进阶内容之一,了解信号反射及反射消除方法有利于电子工程师更好地进行电路设计和软硬件测试。所以本文将以反射消除方式为重点,分享常见的反射消除方法及思维讲解。

一般来说反射的消除方法如下:

1、从电路设计的角度来消除反射

要消除反射,就要使KR=0,即Z0=ZL,从电路设计的角度来看,我们通常利用端接的方法来达到消除反射的目的,就端接来说,也有好几种方法,下面分别进行描述:

①并联端接

在负载端并联一个电阻来减小负载阻抗,使得ZL=Z0,这种方法叫做并联端接。

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由于输入阻抗往往都很高,因此我们通常用阻值为Zo的电阻RT与ZL并联,使得并联后的阻值非常接近Z0,从而达到消除反射的目的。但是,这种方法有个很大的缺点,就是在高电平输出时Rr消耗的电流太大。对于一个50欧姆的端接,它将消耗多达48mA的电流,而大多数器件的高电平输出电流都不超过5mA(通常为3。2mA)!虽然把并联电阻端接到VCC上会有一定的改善,因为器件的低电平吸收电流通常都高于高电平时的吸收电流,但大多数器件在低电平输出时的吸收电流都在24mA以下,如此可见上述方法依然不能很好地解决问题,应该慎用。

②串联端接

上面在负载端的并联端接是为了消除第一次反射,我们还可以在输出端串联一个电阻,用来消除第二次反射。具体做法是在源端串联一个电阻,使得这个电阻的值和源阻抗之和恰好等于传输阻抗,即RT+Zs=Zo。使用这种方法,我们就可以利用第一次反射来达到信号完全传输到负载端的目的。原因很简单,假设负载需要一个3v的电压,源会给出一个3v的电压,但由于(RT+Zs)和Zo的分压作用,实际的输出电压应该为1。5v,当该电压到达负载的时候,通过第一次全反射,它就可以获得两个1。5v的电压,这正是它所需要的电压,而反射回输出端的电压将被完全吸收,不存在第二次反射,这个过程就相当于信号的完全传输。

此外我们还必须注意两个问题

①因为端接不能达到完全匹配,所以很有可能产生振铃,如果振铃的带下在可以容忍的范围内,就不会发生什么问题,因为振铃有时会淹没在存储线的高电容性中;

②通常一个非常匹配的电阻是不可逆,因为驱动器的高电平输出阻抗和低电平输出阻抗是不一样的,这使得端接电阻的选择江边很难,因为不可逆有一个对于两种情况都很理想的端接电阻,设计者必须折中选择。

2、从布线的角度来减少反射

阻抗受控信号线是信号在电路板上传输的媒介,合适的端接将确保信号的抗干扰性,但仍然有可能因为布线不适当而引起较大的噪声,下面两种布线规则可减少噪声和反射。

通过传输线的阻抗不连续性,阻抗不连续点就是传输线突变的电,如直拐角、过孔等,它将产生信号的反射,应尽可能避免,布线时应注意以下几点:

①避免走线的直拐角,尽可能用45度角走线或弧线,以改善阻抗的不连续性。

②尽可能少用过孔,因为每个过孔都是一个阻抗不连续点。

③外层的信号线避免通过内层,内层的信号线也避免跑到外层,因为内层信号线属于带状线,而外层信号线属于微波线,而两种不同类型的传输线的阻抗是不相同的,如果信号从外层走到内层或者从内层跑到外层都会引起反射。


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