信号反射

信号反射(reflection)即传输线上的回波。信号功率的一部分经传输线传给了负载,另一部分则向源端反射。在高速设计中,可以把导线等效为传输线,而不是集中参数电路中的导线,通过考察其在不同频率下的阻抗,来研究其传输效应。若边沿速率高达1V/ns(即dV/dt),那么短于0.5英寸的导线就可以建成T型集中参数的RLC(或RC、LC)模型,并且由多个T型级联组合成更长的传输线。为减小仿真的运算量,也可建立连续传输线模型。如果阻抗匹配(源端阻抗、传输线阻抗与负载阻抗相等),反射就不会发生。反之,若负载阻抗与传输线阻抗失配会导致收端反射。布线的几何形状、不适当的端接、经过连接器的传输及电源平面不连续等因素均会导致信号反射。

信号过冲和下冲

信号过冲(overshoot)指信号跳变的第一个峰值(或谷值)超过规定值--对于上升沿是指最高电压,而对于下降沿是指最低电压。下冲(undershoot)指信号跳变的下一个谷值(或峰值)。信号过冲和下冲是由IC切换速率过高以及信号传输路径反射引起的,在驱动器和接收器之间的多次反射会形成阻尼振荡,若振荡幅度超过IC的输入切换门限,导致时钟出错或数据的错误接收,过大的过冲还可能造成IC内部的元件过压,甚至损坏。

信号串扰

信号串扰(cross-talk)是没有电气连接的信号线之间的感应电压和感应电流产生的电磁耦合现象。这种耦合会使信号线起到天线的作用,其电容性耦合引发耦合电流,感性耦合引发耦合电压,并且随着时钟速度的升高(导致边沿速率升高)和设计尺寸的减小而加大。这是由于信号线上的交变信号电流通过时,会产生交变磁场,处于磁场中的其它信号线会感应出信号电压。在低频段,导线间的耦合可以建立为耦合电容模型,在高频段,可以建立为LC集中参数导线或传输线模型。PCB板层的参数、信号线间距、驱动端和接收端的电气特性以及信号线端接方式对串扰都有一定的影响。

电磁干扰

电磁干扰与信号串扰相似,信号串扰是发生在PCB上的两条传输线之间的耦合,电磁干扰是PCB上的传输线受到PCB外的辐射源(如测试探针或其它PCB板)的干扰。EMI建模可以把导线段视为偶极子天线处理。

信号振荡和环绕

信号振荡(ringing)和环绕(rounding)表现为信号反复出现过冲和下冲,在逻辑电平的门限上下抖动,振荡呈欠阻尼状态,而环绕呈过阻尼状态。信号的振荡和环绕主要是由传输线上过度的寄生电感和电容引起收端阻抗与源端均失配所造成的。同反射一样,它们可以通过适当的端接予以抑制。通常,周期脉冲信号包含丰富的高次谐波而容易发生信号完整性故障,如时钟信号,更应多加防范。

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