反射(Reflection):反射就是信号在信号线上的回波。当信号延迟时间远大于信号跳变时间时,信号线必须当作传输线。当传输线的特性阻抗与负载阻抗不匹配时,信号功率(电压或电流)的一部分传输到线上并到达负载处,但是有一部分被反射了。若负载阻抗小于原阻抗,反射为负;反之,反射为正。布线的几何形状、不正确的线端接、经过连接器的传输及电源平面不连续等因素的变化均会导致此类反射。

串扰(Crosstalk):串扰是两条信号线之间的耦合、信号线之间的互感和互容引起信号线上的噪声。容性耦合引发耦合电流,而感性耦合引发耦合电压。串扰噪声源于信号线网之间、信号系统和电源分布系统之间、过孔之间的电磁耦合。串绕有可能引起假时钟、间歇性数据错误等,对邻近信号的传输质量造成影响。现实中,无法完全消除串扰,但可将其控制在系统所能承受的范围之内。PCB板层的参数、信号线间距、驱动端和接收端的电气特性、基线端接方式对串扰都有一定的影响。

过冲(Overshoot)和下冲(Undershoot):过冲就是第一个峰值或谷值超过设定电压,对于上升沿,是指最高电压;对于下降沿,是指最低电压。下冲是指下一个谷值或峰值超过设定电压。过分的过冲能够引起保护二极管工作,导致其过早的失效。过分的下冲能够引起假的时钟或数据错误(误操作)。

振荡(Ringing)和环绕振荡(Rounding):振荡现象是反复出现的过冲和下冲。信号的振荡即是由线上过渡的电感和电容引起的振荡,属于欠阻尼状态,而环绕振荡,属于过阻尼状态。振荡和环绕振荡同反射一样也是由多种因素引起的,振荡可以通过适当的端接予以减小,但是不可能完全消除。

地电平反弹噪声和回流噪声:当电路中有较大的电流涌动时会引起地电平反弹噪声,如大量芯片的输出同时开启时,将有一个较大的瞬态电流在芯片与板的电源平面流过,芯片封装与电源平面的电感和电阻会引发电源噪声,这样会在真正的地平面上产生电压波动和变化,这个噪声会影响其他元件的动作。负载电容的增大,负载电阻的减小,地电感的增大,同时开关器件数目的增加均会导致地弹的增大。

2 传输通道电气特性分析

在多层PCB中,绝大部分传输线不仅只布置在单个层面上,而是在多个层面上交错布置,各层面间通过过孔进行连接。所以,在多层PCB中,一条典型的传输通道主要包括传输线、走线拐角、过孔3个部分。在低频情况下,印制线和走线过孔可以看成普通的连接不同器件管脚的电气连接,对信号质量不会产生太大影响。但在高频情况下,印制线、拐角和过孔就不能仅考虑其连通性,还应考虑其高频时电气特性和寄生参数的影响。

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