一、信號反射定義
反射(reflection)定義:傳輸時,每一時刻都會遇到一個傳輸線的瞬時阻抗,當該瞬時阻抗發生變化時,一部分信號將會反射,另一部分將會繼續向前傳輸,或者說反射就是回波,信號功率的一部分傳輸到線上并達到負載端,但是有一部分反射會回源端,
關于阻抗定義大家可能接觸許多關于阻抗的說法,下面簡單介紹一下互連傳輸路徑的阻抗定義
阻抗:將傳輸線始端的輸入阻抗稱為阻抗,
瞬時阻抗:將信號在互連傳輸程序中隨時遇到的阻抗稱為瞬時阻抗,
特征阻抗:如果傳輸線有恒定不變的瞬時阻抗,就稱為傳輸線的特征阻抗,
一般都是用特征阻抗來描述傳輸線阻抗(單端50ohm、差分100ohm),其是影響傳輸線在電路中信號完整性的一個主要因素,
二、信號反射機理
信號沿傳輸線向前傳播時,每時每刻都會遇到一個瞬時阻抗,這個阻抗可能是傳輸線本身的,有可能是中途的過孔、線寬的變化或者末端的其他元件等,對于信號來說,它不會區分到底是什么,信號所能感受到的就是阻抗的變化,如果阻抗不變就會繼續向前傳播,阻抗變化就會發生反射,
簡單舉個例子,方便大家理解:
阻抗連續類似;水流在水管中平穩流淌,突然遇到水管變細或者分支的倆個孔徑小的水管,那么水會在拐彎的地方晃動和產生水花,
在反射的概念中還有一個很重要的定義就是反射系數:它是衡量反射能量的多少,指的是反射電壓比上原傳輸信號電壓的比值,公式定義如下:
Z2:信號進入區域的瞬時阻抗 Z1:信號最初所在區域的阻抗

三、信號反射的三種情況
負載阻抗和入射阻抗相等:負載消耗能量等于入射能量,沒有反射
【負載阻抗和特征阻抗相等,傳輸線阻抗一致,反射系數為0,阻抗連續】
當負載短路時:負載端沒有全部吸收能量,發生反射
【負載阻抗小于特征阻抗,反射系數為負,阻抗不連續】
當負載開路時:負載端還可以吸收更多的能量,發生反射
【負載阻抗大于特征阻抗,反射系數為正,阻抗不連續】
綜合以上三個特殊情況,可以總結為當源端和負載端阻抗均不匹配時,信號在兩端來回多次反射,由此產生振鈴,消除多次反射的方法是使源端和負載端至少有一個匹配,這樣反射只進行一次,
四、消除反射的措施
消除反射可以通過更改傳輸線的不連續結構、端接匹配、走線拓撲來進行調整,
更改走線不連續結構:減少走線的現款的突變、減少過孔的使用或者減少STUB等措施,
端接匹配包括:
串聯端接:在源端串一個電阻,電阻阻值加上驅動端的輸出阻抗應該等于傳輸線的特征阻抗,以此來消除負載端的反射,在這種情況下會發生一次反射,每條線上只用加上一個電阻,消耗功率小,但是會增加信號的傳輸時間,級訓信號的上升和下降時間,

并聯端接:在負載端并聯電阻,電阻的阻值需要和傳輸線的特征阻抗相等,以此來消除終端的一次反射,并聯電阻可以上拉到電源或下拉到地,適用于多負載的情況,

AC并聯端接:在負載端并聯上電阻與電容,電阻的阻值和特征阻抗相等,AC端接是為消除直流功耗,但是需要兩個器件,需要增加成本和板面積,而且增加了容性負載,對信號容易造成延時,適用于多負載,對周期信號有效,不適合于非周期信號,

戴維南端接:在負載端并聯兩個電阻,兩個并聯的電阻阻值應該和特征阻抗相等,并聯電阻可以上拉到電源或下拉到地,適用于多負載的情況,

走線拓撲:拓撲指的是在應對單一驅動源(多個)驅動多個負載(一個)的情況下,決定信號走向如何來完成PCB走線的方式,包括點對點(Point to point)、徑訓鏈(Daisy)、星型結構(Star)、遠端簇型(Far-end cluster)、樹型(Tree),
點對點(point to point):單向傳輸,適用于時鐘和重要信號線,易于控制信號延時和信號質量,通常采用始端串聯端接,

徑訓鏈(Daisy):適用于單向傳輸,從源端發射依次到達各個負載端,通常采用并聯端接,驅動端到達每個負載的時延不一致,最遠端的信號質量最好,最近信號質量差,需要保證每個分支的長度越短越好,

星形結構(Star):適用于單向傳輸,典型結構的主干線越短越好,可以把各個分支看成點到點結構,然后分別加始端串聯端接,容易控制各個負載的走線長度,但需要驅動端要有較強的驅動能力,

樹形(Tree):適用于需要各個分支負載控制等長的情況,通常采用終端戴維南端接的方式,

遠端簇形(Far-end cluster):適用于單向傳輸,各個分支很短,需要布局時負載靠的很近,此時可以當成點到點加始端串聯端接的方式,

以上資料主要參考《Cadence 高速電路設計》、《ANSYS信號完整性分析與仿真實體》
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