信號完整性基礎(chǔ)--反射（一）

工程師說硬件 2023-09-23 16:04 1049 閱讀 4 贊 6 收藏 0 評論

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01 概述

（1）定義：信號在傳輸線傳播的過程中遇到阻抗不連續(xù)時造成部分信號回彈的現(xiàn)象，稱之為反射。

反射的影響：反射會帶來過沖、振鈴、回溝等一系列現(xiàn)象，容易造成器件失效、邏輯判斷出錯、EMI等問題。

圖1 反射問題示意圖

（2）什么時候需要考慮反射：只有當走線的長度達到高速信號定義時需要考慮反射（信號邊沿小于4~6倍的走線時延）。如果走線很短，產(chǎn)生的反射會被掩蓋在邊沿之中。

如下圖邊沿時間為0.1ns和0.3ns的信號在60mil和300mil走線不連續(xù)情況下的仿真結(jié)果。

圖2、3 ADS仿真：不同邊沿和走線長度對信號的影響

（3）傳輸過程中任何不均勻都會導(dǎo)致阻抗不連續(xù)，從而產(chǎn)生反射，比如線寬變化、過孔、連接器、走線分支等。

實際設(shè)計中，對于高速走線需要盡量減少過孔數(shù)量、同一層盡量保證走線寬度一致、減少走線分支。

圖4 PCB中造成反射的常見案例

02 正負反射

（1）反射系數(shù)：反射信號與入射信號的比值，反射系數(shù)為正，則該反射為正反射。反射系數(shù)為負，該反射為負反射。

公式：????=????_????????????????/????_???????????? =(????_????−????_????)/(????_????+????_???? )

圖5、6 ADS仿真：正反射和負反射

（2）全反射：接收端開路和短路的反射模型。末端開路，則反射系數(shù)為1，所有入射電壓全部反射。末端短路，反射系數(shù)為-1，由于相位相反，疊加后為0。

如下圖，以負載開路的正全反射模型為例，源端信號在經(jīng)過串聯(lián)匹配電阻和傳輸線阻抗分壓后經(jīng)過1ns的延遲到達負載端發(fā)生全反射，兩信號疊加后幅值恢復(fù)為源信號。

圖7、8 ADS仿真：正反射和負反射

（3）舉例：在SD卡和eMMC的設(shè)計中，CLK信號通常會在源端串聯(lián)一顆匹配電阻（典型的源端串聯(lián)匹配+末端全反射模型）。左圖是在匹配電阻位置測的波形，右圖是卡座pin點測試的波形。兩個都是對應(yīng)位置的正常波形，但對于單向傳輸?shù)母咚傩盘枺覀冎恍枰P(guān)注接收端的波形質(zhì)量即可。