一文了解高速設(shè)計中的信號反射

高速PCB板中，走線不僅僅是連接兩個點(diǎn)。作為一名合格的工程師，走線就是包括電阻，電容，電感的混合知識載體。信號線在傳輸過程中會有反射現(xiàn)象，這個必須要了解一下，負(fù)載端反射的大小取決傳輸線的Z和負(fù)載的Z。

系統(tǒng)模型如下圖：

信號被反射的大小用反射系數(shù)KR來衡量，負(fù)載端的反射系數(shù)為：KRL=(ZL—Z0)/(ZL+Z0)，對于開路負(fù)載，KRL=1；對于短路負(fù)載，KRL=-1可見，對于開路和短路負(fù)載，信號被100%反射回來了。KRL為負(fù)值表明被反射的信號與原信號方向相反。同樣，信號在源端反射的大小用源端的反射系數(shù)表示：KRS=(ZS—Z0)/(ZS+Z0)。

設(shè)驅(qū)動器的標(biāo)準(zhǔn)輸出電平為0.2V，電流 24mA，則其輸出阻抗ZS約為8.3Ω。設(shè)負(fù)載的輸入阻抗ZL大于100KΩ，遠(yuǎn)大于Z0（約為67Ω），則負(fù)載端反射系數(shù)為：KRL=1，信號在負(fù)載端被100%反射。源端反射系數(shù)為KRS=-0.78。

下面來具體分析驅(qū)動器產(chǎn)生一個從3.5V切換至0.2V信號的反射過程。

第1次反射：驅(qū)動器電壓為3.3V，根據(jù)ZS與Z0組成的分壓原理，Z0上產(chǎn)生的信號△V=-2.94V，源端信號電壓為VS=O.56V。負(fù)載端反射系數(shù)為1。當(dāng)信號到達(dá)負(fù)載端時，VL=3.5-2.94-2.94=-2.38V。

第2次反射：開始源端信號為0.56V，當(dāng)-2.94V信號到達(dá)源端發(fā)生第二次反射，反射電壓為：VR=KPS*△V=-0.78*(-2.94)=2.29V。所以源端電壓變?yōu)閂S=0.56+（-2.94）+2.29=-0.09V。

第3次反射：當(dāng)?shù)?次反射信號到達(dá)負(fù)載端時，負(fù)載端電壓變?yōu)椋?/p>

VL=-2.38+2.29+2.29=2.2.V

在這種阻抗不匹配的傳輸線上，信號就是這樣來回反射，每反射一次其幅值就減小一些，直至最后消失。此過程如圖2所示，左側(cè)和右側(cè)的豎線分別代表源端和負(fù)載端的電壓，斜線則標(biāo)明了傳送信號和反射信號電壓的大小。也可以用圖3來表示信號的具體反射過程，圖3（a）表示源端信號，圖3（b）表示負(fù)載端信號?？梢钥吹皆诮?jīng)過5個周期以后傳輸?shù)截?fù)載端的信號才下降至輸入門檻值以下，傳輸延時一般介于6——16ns/m之間，若傳輸延時tPD=10ns/m,，則通過一根0.15m的傳輸線的延時約為1.5ns，那么該信號在傳送出去大約13.5ns之后才可以認(rèn)為是有效的。