一、PCB走線中途容性負載反射

 

很多時候，PCB走線中途會經過過孔、測試點焊盤、短的stub線(xian)等(deng)，都(dou)存(cun)在(zai)寄(ji)生(sheng)電(dian)容(rong)，必(bi)然(ran)對(dui)信(xin)號(hao)造(zao)成(cheng)影(ying)響(xiang)。走(zou)線(xian)中(zhong)途(tu)的(de)電(dian)容(rong)對(dui)信(xin)號(hao)的(de)影(ying)響(xiang)要(yao)從(cong)發(fa)射(she)端(duan)和(he)接(jie)受(shou)端(duan)兩(liang)個(ge)方(fang)麵(mian)分(fen)析(xi)，對(dui)起(qi)點(dian)和(he)終(zhong)點(dian)都(dou)有(you)影(ying)響(xiang)。

 

 

首shou先xian看kan一yi下xia對dui信xin號hao發fa射she端duan的de影ying響xiang。當dang一yi個ge快kuai速su上shang升sheng的de階jie躍yue信xin號hao到dao達da電dian容rong時shi，電dian容rong快kuai速su充chong電dian，充chong電dian電dian流liu和he信xin號hao電dian壓ya上shang升sheng快kuai慢man有you關guan
，充chong電dian電dian流liu公gong式shi為wei：I=C*dV/dt。電容量越大，充電電流越大，信號上升時間越快，dt越小

，同樣使充電電流越大。

 

womenzhidao，xinhaodefansheyuxinhaoganshoudaodezukangbianhuayouguan，yinciweilefenxi，womenkanyixia
，dianrongyinqidezukangbianhua。zaidianrongkaishichongdiandechuqi

，zukangbiaoshiwei：

 

 

這裏dV實際上是階躍信號電壓變化，dt為信號上升時間，電容阻抗公式變為：

 

 

從cong這zhe個ge公gong式shi中zhong
，我wo們men可ke以yi得de到dao一yi個ge很hen重zhong要yao的de信xin息xi
，當dang階jie躍yue信xin號hao施shi加jia到dao電dian容rong兩liang端duan的de初chu期qi
，電dian容rong的de阻zu抗kang與yu信xin號hao上shang升sheng時shi間jian和he本ben身shen的de電dian容rong量liang有you關guan。

 

通(tong)常(chang)在(zai)電(dian)容(rong)充(chong)電(dian)初(chu)期(qi)，阻(zu)抗(kang)很(hen)小(xiao)，小(xiao)於(yu)走(zou)線(xian)的(de)特(te)性(xing)阻(zu)抗(kang)。信(xin)號(hao)在(zai)電(dian)容(rong)處(chu)發(fa)生(sheng)負(fu)反(fan)射(she)
，這(zhe)個(ge)負(fu)電(dian)壓(ya)信(xin)號(hao)和(he)原(yuan)信(xin)號(hao)疊(die)加(jia)，使(shi)得(de)發(fa)射(she)端(duan)的(de)信(xin)號(hao)產(chan)生(sheng)下(xia)衝(chong)
，引(yin)起(qi)發(fa)射(she)端(duan)信(xin)號(hao)的(de)非(fei)單(dan)調(tiao)性(xing)。

 

對(dui)於(yu)接(jie)收(shou)端(duan)，信(xin)號(hao)到(dao)達(da)接(jie)收(shou)端(duan)後(hou)，發(fa)生(sheng)正(zheng)反(fan)射(she)
，反(fan)射(she)回(hui)來(lai)的(de)信(xin)號(hao)到(dao)達(da)電(dian)容(rong)位(wei)置(zhi)
，那(na)個(ge)樣(yang)發(fa)生(sheng)負(fu)反(fan)射(she)，反(fan)射(she)回(hui)接(jie)收(shou)端(duan)的(de)負(fu)反(fan)射(she)電(dian)壓(ya)同(tong)樣(yang)使(shi)接(jie)收(shou)端(duan)信(xin)號(hao)產(chan)生(sheng)下(xia)衝(chong)。

 

為了使反射噪聲小於電壓擺幅的5%（這種情況對信號影響可以容忍）
，阻抗變化必須小於10%。那(na)麼(me)電(dian)容(rong)阻(zu)抗(kang)應(ying)該(gai)控(kong)製(zhi)在(zai)多(duo)少(shao)？電(dian)容(rong)的(de)阻(zu)抗(kang)表(biao)現(xian)為(wei)一(yi)個(ge)並(bing)聯(lian)阻(zu)抗(kang)，我(wo)們(men)可(ke)以(yi)用(yong)並(bing)聯(lian)阻(zu)抗(kang)公(gong)式(shi)和(he)反(fan)射(she)係(xi)數(shu)公(gong)式(shi)來(lai)確(que)定(ding)它(ta)的(de)範(fan)圍(wei)。對(dui)於(yu)這(zhe)種(zhong)並(bing)聯(lian)阻(zu)抗(kang)，我(wo)們(men)希(xi)望(wang)電(dian)容(rong)阻(zu)抗(kang)越(yue)大(da)越(yue)好(hao)。假(jia)設(she)電(dian)容(rong)阻(zu)抗(kang)是(shi)PCB走線特性阻抗的k倍，根據並聯阻抗公式得到電容處信號感受到的阻抗為：

 

 

阻抗變化率為：，即，也就是說，根據這種理想的計算，電容的阻抗至少要是PCB特性阻抗的9倍(bei)以(yi)上(shang)。實(shi)際(ji)上(shang)，隨(sui)著(zhe)電(dian)容(rong)的(de)充(chong)電(dian)，電(dian)容(rong)的(de)阻(zu)抗(kang)不(bu)斷(duan)增(zeng)加(jia)，並(bing)不(bu)是(shi)一(yi)直(zhi)保(bao)持(chi)最(zui)低(di)阻(zu)抗(kang)，另(ling)外(wai)，每(mei)一(yi)個(ge)器(qi)件(jian)還(hai)會(hui)有(you)寄(ji)生(sheng)電(dian)感(gan)

，使(shi)阻(zu)抗(kang)增(zeng)加(jia)。因(yin)此(ci)這(zhe)個(ge)9倍限製可以放寬。

 

在下邊的討論中假設這個限製是5倍。

 

有了阻抗的指標
，我們就可以確定能容忍多大的電容量。電路板上50歐姆特性阻抗很常見，我就用50歐姆來計算。

 

 

得出：   

  

即在這種情況下
，如果信號上升時間為1ns，那麼電容量要小於4皮法。反之，如果電容量為4皮法，則信號上升時間最快為1ns，如果信號上升時間為0.5ns
，這個4皮法的電容就會產生問題。

 

這zhe裏li的de計ji算suan隻zhi不bu過guo是shi為wei了le說shuo明ming電dian容rong的de影ying響xiang，實shi際ji電dian路lu中zhong情qing況kuang十shi分fen複fu雜za，需xu要yao考kao慮lv的de因yin素su更geng多duo，因yin此ci這zhe裏li計ji算suan是shi否fou精jing確que沒mei有you實shi際ji意yi義yi。關guan鍵jian是shi要yao通tong過guo這zhe種zhong計ji算suan理li解jie電dian容rong是shi如ru何he影ying響xiang信xin號hao的de。我wo們men對dui電dian路lu板ban上shang每mei一yi個ge因yin素su的de影ying響xiang都dou有you一yi個ge感gan性xing認ren識shi後hou
，就jiu能neng為wei設she計ji提ti供gong必bi要yao的de指zhi導dao，出chu現xian問wen題ti就jiu知zhi道dao如ru何he去qu分fen析xi。精jing確que的de評ping估gu需xu要yao用yong軟ruan件jian來lai仿fang真zhen。

  

總結：

 

1. PCB走線中途容性負載使發射端信號產生下衝
，接收端信號也會產生下衝。

 

2.能容忍的電容量和信號上升時間有關

，信號上升時間越快

，能容忍的電容量越小。

  

二、接收端容性負載的反射

 

信(xin)號(hao)的(de)接(jie)收(shou)端(duan)可(ke)能(neng)是(shi)集(ji)成(cheng)芯(xin)片(pian)的(de)一(yi)個(ge)引(yin)腳(jiao)，也(ye)可(ke)能(neng)是(shi)其(qi)他(ta)元(yuan)器(qi)件(jian)。不(bu)論(lun)接(jie)收(shou)端(duan)是(shi)什(shen)麼(me)，實(shi)際(ji)的(de)器(qi)件(jian)的(de)輸(shu)入(ru)端(duan)必(bi)然(ran)存(cun)在(zai)寄(ji)生(sheng)電(dian)容(rong)，接(jie)受(shou)信(xin)號(hao)的(de)芯(xin)片(pian)引(yin)腳(jiao)和(he)相(xiang)鄰(lin)引(yin)腳(jiao)之(zhi)間(jian)有(you)一(yi)定(ding)的(de)寄(ji)生(sheng)電(dian)容(rong)，和(he)引(yin)腳(jiao)相(xiang)連(lian)的(de)芯(xin)片(pian)內(nei)部(bu)的(de)布(bu)線(xian)也(ye)會(hui)存(cun)在(zai)寄(ji)生(sheng)電(dian)容(rong)
，另(ling)外(wai)引(yin)腳(jiao)和(he)信(xin)號(hao)返(fan)回(hui)路(lu)徑(jing)之(zhi)間(jian)也(ye)會(hui)存(cun)在(zai)寄(ji)生(sheng)電(dian)容(rong)。

 

好複雜
，這麼多寄生電容！其(qi)實(shi)很(hen)簡(jian)單(dan)
，想(xiang)想(xiang)電(dian)容(rong)是(shi)什(shen)麼(me)？兩(liang)個(ge)金(jin)屬(shu)板(ban)
，中(zhong)間(jian)是(shi)某(mou)種(zhong)絕(jue)緣(yuan)介(jie)質(zhi)。這(zhe)個(ge)定(ding)義(yi)中(zhong)並(bing)沒(mei)有(you)說(shuo)兩(liang)個(ge)金(jin)屬(shu)板(ban)是(shi)什(shen)麼(me)形(xing)狀(zhuang)的(de)，芯(xin)片(pian)兩(liang)個(ge)相(xiang)鄰(lin)引(yin)腳(jiao)也(ye)可(ke)以(yi)看(kan)做(zuo)是(shi)電(dian)容(rong)的(de)兩(liang)個(ge)金(jin)屬(shu)板(ban)，中(zhong)間(jian)介(jie)質(zhi)是(shi)空(kong)氣(qi)，

 

不就是一個電容麼。芯片引腳和PCB板內層的電源或地平麵也是一對金屬板，中間介質是PCB板的板材，常見的是FR4cailiao


，yeshiyigedianrong。hehe，gaolaigaoqu，haishihuidaolezuijichudebufen。gaoshoubuyaoxiao

，taijiandanle。buguoqueshihenduorenkandaojishengdianrongjiugandaoyoudianyun，lijiebutou

，suoyizaizheliluosuoyixia。

 

回到正題
，下麵研究一下信號終端的電容有什麼影響。將模型簡化，用一個分立電容元件代替所有寄生電容
，如圖1所示。

  

  

我們考察B點電容的阻抗情況。電容的電流為：

 

  

隨著電容的充電，電壓變化率逐漸減小（電路原理中的瞬態過程）
，電容的充電電流也不斷減小。即電容的充電電流是隨時間變化的。

電容的阻抗為：  

 

  

因(yin)此(ci)電(dian)容(rong)所(suo)表(biao)現(xian)出(chu)來(lai)的(de)阻(zu)抗(kang)隨(sui)時(shi)間(jian)變(bian)化(hua)，不(bu)是(shi)恒(heng)定(ding)的(de)。正(zheng)是(shi)這(zhe)種(zhong)阻(zu)抗(kang)的(de)變(bian)化(hua)特(te)性(xing)決(jue)定(ding)了(le)電(dian)容(rong)對(dui)信(xin)號(hao)影(ying)響(xiang)的(de)特(te)殊(shu)性(xing)。如(ru)果(guo)信(xin)號(hao)上(shang)升(sheng)時(shi)間(jian)小(xiao)於(yu)電(dian)容(rong)的(de)充(chong)電(dian)時(shi)間(jian)，最(zui)初(chu)電(dian)容(rong)兩(liang)端(duan)的(de)電(dian)壓(ya)迅(xun)速(su)上(shang)升(sheng)，這(zhe)時(shi)阻(zu)抗(kang)很(hen)小(xiao)。隨(sui)著(zhe)電(dian)容(rong)充(chong)電(dian)，電(dian)壓(ya)變(bian)化(hua)率(lv)下(xia)降(jiang)，充(chong)電(dian)電(dian)流(liu)減(jian)小(xiao)
，表(biao)現(xian)為(wei)阻(zu)抗(kang)明(ming)顯(xian)增(zeng)大(da)。充(chong)電(dian)時(shi)間(jian)無(wu)窮(qiong)大(da)時(shi)，電(dian)容(rong)相(xiang)當(dang)於(yu)開(kai)路(lu)，阻(zu)抗(kang)無(wu)窮(qiong)大(da)。

 

阻抗的變化必然影響信號的反射。在充電的開始一段時間，阻抗很小，小於傳輸線的特性阻抗，將發生負反射，反射回源端A點的信號將產生下衝。隨著電容阻抗的增加，反射逐漸過渡到正反射
，A點的信號經過一個下衝會逐漸升高，最終達到開路電壓。

 

因此電容負載使源端信號產生局部電壓凹陷。精確波形和傳輸線的特性阻抗、電容量、信號上升時間有關。

 

對於接收端，很明顯，就是一個RC充電電路，不是很嚴謹，但是和實際情況非常相似。電容兩端電壓
，即B點電壓隨RC充電電路的時間常數呈指數增加（基本電路原理）。因此電容對接收端信號上升時間產生影響。

 

RC充電電路的時間常數為

 

 

這是B點電壓上升到電壓終值的即37%所需的時間。B點電壓10%~90%上升時間為

 

 

如果傳輸線特性阻抗為50歐姆，電容量10pF，則10~90充電時間為1.1ns。如果信號上升時間小於1.1ns，那麼B點電壓上升時間主要由電容充電時間決定。如果信號上升時間大於1.1ns，末端電容器作用是使上升時間進一步延長，增加約1.1ns（實際應比這個值小）。圖2顯示了終端電容負載對驅動端和接受端產生影響的示意圖，放在這裏
，讓大家能有個感性的認識。

  

圖2

 

至(zhi)於(yu)信(xin)號(hao)上(shang)升(sheng)時(shi)間(jian)增(zeng)加(jia)的(de)精(jing)確(que)值(zhi)是(shi)多(duo)少(shao)，對(dui)於(yu)電(dian)路(lu)設(she)計(ji)來(lai)說(shuo)沒(mei)必(bi)要(yao)
，隻(zhi)要(yao)定(ding)性(xing)的(de)分(fen)析(xi)，有(you)個(ge)大(da)致(zhi)的(de)估(gu)算(suan)就(jiu)可(ke)以(yi)了(le)。因(yin)為(wei)計(ji)算(suan)再(zai)精(jing)確(que)也(ye)沒(mei)實(shi)際(ji)意(yi)義(yi)，電(dian)路(lu)板(ban)的(de)參(can)數(shu)也(ye)不(bu)精(jing)確(que)！對於設計者來說，定性分析並了解影響，大致估算出影響在那個量級，能給電路設計提供指導就可以了

，其他的事軟件來做吧。

 

舉個例子
，如果信號上升時間1ns，電容使信號上升時間增加遠小於1ns，比如0.2 ns，namezhemeyidiandianzengjiakenengbuhuiyoushenmeyingxiang。ruguodianrongzaochengdeshangshengshijianzengjiahenduo
，nakenengjiuhuiduidianlushixuchanshengyingxiang。nameduoshaosuanhenduo？kankandianludeshixuyuliangba，zheshejidaodianludeshixufenxiheshixusheji。

 

總之接收端電容負載的影響有兩點：

 

1、使源端（驅動端）信號產生局部電壓凹陷。

   

2
、接收端信號上升時間延長。

    

在電路設計中這兩點都要考慮。

 

三、PCB走線寬度變化產生的反射

 

在進行PCB布線時，經常會發生這樣的情況：走(zou)線(xian)通(tong)過(guo)某(mou)一(yi)區(qu)域(yu)時(shi)，由(you)於(yu)該(gai)區(qu)域(yu)布(bu)線(xian)空(kong)間(jian)有(you)限(xian)，不(bu)得(de)不(bu)使(shi)用(yong)更(geng)細(xi)的(de)線(xian)條(tiao)，通(tong)過(guo)這(zhe)一(yi)區(qu)域(yu)後(hou)，線(xian)條(tiao)再(zai)恢(hui)複(fu)原(yuan)來(lai)的(de)寬(kuan)度(du)。走(zou)線(xian)寬(kuan)度(du)變(bian)化(hua)會(hui)引(yin)起(qi)阻(zu)抗(kang)變(bian)化(hua)
，因(yin)此(ci)發(fa)生(sheng)反(fan)射(she)
，對(dui)信(xin)號(hao)產(chan)生(sheng)影(ying)響(xiang)。那(na)麼(me)什(shen)麼(me)情(qing)況(kuang)下(xia)可(ke)以(yi)忽(hu)略(lve)這(zhe)一(yi)影(ying)響(xiang)，又(you)在(zai)什(shen)麼(me)情(qing)況(kuang)下(xia)我(wo)們(men)必(bi)須(xu)考(kao)慮(lv)它(ta)的(de)影(ying)響(xiang)？

 

有三個因素和這一影響有關：阻抗變化的大小、信號上升時間、窄線條上信號的時延。

 

首先討論阻抗變化的大小。很多電路的設計要求反射噪聲小於電壓擺幅的5%（這和信號上的噪聲預算有關），根據反射係數公式：

 

 

以計算出阻抗大致的變化率要求為：

 

 

你可能知道，電路板上阻抗的典型指標為+/-10%，根本原因就在這。

 

如果阻抗變化隻發生一次

，例如線寬從8mil變到6mil後，一直保持6mil寬度這種情況
，要達到突變處信號反射噪聲不超過電壓擺幅的5%這一噪聲預算要求
，阻抗變化必須小於10%。這有時很難做到，以 FR4板材上微帶線的情況為例
，我們計算一下。

 

如果線寬8mil，線條和參考平麵之間的厚度為4mil，特性阻抗為46.5歐姆。線寬變化到6mil後特性阻抗變成54.2歐姆，阻抗變化率達到了20%。反(fan)射(she)信(xin)號(hao)的(de)幅(fu)度(du)必(bi)然(ran)超(chao)標(biao)。至(zhi)於(yu)對(dui)信(xin)號(hao)造(zao)成(cheng)多(duo)大(da)影(ying)響(xiang)，還(hai)和(he)信(xin)號(hao)上(shang)升(sheng)時(shi)間(jian)和(he)驅(qu)動(dong)端(duan)到(dao)反(fan)射(she)點(dian)處(chu)信(xin)號(hao)的(de)時(shi)延(yan)有(you)關(guan)。但(dan)至(zhi)少(shao)這(zhe)是(shi)一(yi)個(ge)潛(qian)在(zai)的(de)問(wen)題(ti)點(dian)。幸(xing)運(yun)的(de)是(shi)這(zhe)時(shi)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)阻(zu)抗(kang)匹(pi)配(pei)端(duan)接(jie)解(jie)決(jue)問(wen)題(ti)。

 

如果阻抗變化發生兩次
，例如線寬從8mil變到6mil後

，拉出2cm後又變回8mil。那麼在2cm長6mil寬(kuan)線(xian)條(tiao)的(de)兩(liang)個(ge)端(duan)點(dian)處(chu)都(dou)會(hui)發(fa)生(sheng)反(fan)射(she)，一(yi)次(ci)是(shi)阻(zu)抗(kang)變(bian)大(da)
，發(fa)生(sheng)正(zheng)反(fan)射(she)，接(jie)著(zhe)阻(zu)抗(kang)變(bian)小(xiao)，發(fa)生(sheng)負(fu)反(fan)射(she)。如(ru)果(guo)兩(liang)次(ci)反(fan)射(she)間(jian)隔(ge)時(shi)間(jian)足(zu)夠(gou)短(duan)，兩(liang)次(ci)反(fan)射(she)就(jiu)有(you)可(ke)能(neng)相(xiang)互(hu)抵(di)消(xiao)，從(cong)而(er)減(jian)小(xiao)影(ying)響(xiang)。

 

假設傳輸信號為1V
，第一次正反射有0.2V被反射，1.2V繼續向前傳輸，第二次反射有 -0.2*1.2 = 0.24v被反射回。再假設6mil線長度極短，兩次反射幾乎同時發生
，那麼總的反射電壓隻有0.04V
，小於5%這一噪聲預算要求。因此，這種反射是否影響信號，有多大影響
，和阻抗變化處的時延以及信號上升時間有關。

 

研究及實驗表明，隻要阻抗變化處的時延小於信號上升時間的20%
，反射信號就不會造成問題。如果信號上升時間為1ns，那麼阻抗變化處的時延小於0.2ns對應1.2英寸，反射就不會產生問題。也就是說
，對於本例情況，6mil寬走線的長度隻要小於3cm就不會有問題。

 

當PCB走線線寬發生變化時，要根據實際情況仔細分析，是否造成影響。需要關注的參數有三個：阻抗變化有多大、信號上升時間是多少


、線寬變化的頸狀部分有多長。根據上麵的方法大致估算一下，適當留出一定的餘量。如果可能的話，盡量讓減小頸狀部分長度。

 

需要指出的是
，實際的PCB加工中，參數不可能像理論中那樣精確，理論能對我們的設計提供指導，但不能照搬照抄
、bunengjiaotiao
，bijingzheshiyimenshijiandekexue。gusuanchudezhiyaogenjushijiqingkuangzuoshidangdexiuding，zaiyingyongdaoshejizhong。ruguoganjiaojingyanbuzu
，najiuxianbaoshoudian，ranhouzaigenjuzhizaochengbenshidangtiaozheng.

 

四
、信號振鈴是怎麼產生的

  

信號的反射可能會引起振鈴現象，一個典型的信號振鈴如圖1所示。

  

圖1

 

那麼信號振鈴是怎麼產生的呢？

 

前qian麵mian講jiang過guo
，如ru果guo信xin號hao傳chuan輸shu過guo程cheng中zhong感gan受shou到dao阻zu抗kang的de變bian化hua，就jiu會hui發fa生sheng信xin號hao的de反fan射she。這zhe個ge信xin號hao可ke能neng是shi驅qu動dong端duan發fa出chu的de信xin號hao，也ye可ke能neng是shi遠yuan端duan反fan射she回hui來lai的de反fan射she信xin號hao。根gen據ju反fan射she係xi數shu的de公gong式shi，當dang信xin號hao感gan受shou到dao阻zu抗kang變bian小xiao，就jiu會hui發fa生sheng負fu反fan射she
，反fan射she的de負fu電dian壓ya會hui使shi信xin號hao產chan生sheng下xia衝chong。

 

信號在驅動端和遠端負載之間多次反射
，其結果就是信號振鈴。大多數芯片的輸出阻抗都很低
，如果輸出阻抗小於PCB走線的特性阻抗

，那麼在沒有源端端接的情況下，必然產生信號振鈴。

 

信號振鈴的過程可以用反彈圖來直觀的解釋。假設驅動端的輸出阻抗是10歐姆，PCB走線的特性阻抗為50歐姆（可以通過改變PCB走線寬度，PCB走線和內層參考平麵間介質厚度來調整）
，為了分析方便，假設遠端開路
，即遠端阻抗無窮大。驅動端傳輸3.3V電(dian)壓(ya)信(xin)號(hao)。我(wo)們(men)跟(gen)著(zhe)信(xin)號(hao)在(zai)這(zhe)條(tiao)傳(chuan)輸(shu)線(xian)中(zhong)跑(pao)一(yi)次(ci)
，看(kan)看(kan)到(dao)底(di)發(fa)生(sheng)了(le)什(shen)麼(me)？為(wei)分(fen)析(xi)方(fang)便(bian)
，忽(hu)略(lve)傳(chuan)輸(shu)線(xian)寄(ji)生(sheng)電(dian)容(rong)和(he)寄(ji)生(sheng)電(dian)感(gan)的(de)影(ying)響(xiang)
，隻(zhi)考(kao)慮(lv)阻(zu)性(xing)負(fu)載(zai)。圖(tu)2為反射示意圖。

  

圖2

 

第1次反射：信號從芯片內部發出，經過10歐姆輸出阻抗和50歐姆PCB特性阻抗的分壓，實際加到PCB走線上的信號為A點電壓3.3*50/(10+50)=2.75V。傳輸到遠端B點，由於B點開路，阻抗無窮大，反射係數為1，即信號全部反射
，反射信號也是2.75V。此時B點測量電壓是2.75+2.75=5.5V。

 

第2次反射：2.75V反射電壓回到A點，阻抗由50歐姆變為10歐姆
，發生負反射
，A點反射電壓為-1.83V，該電壓到達B點，再次發生反射
，反射電壓-1.83V。此時B點測量電壓為5.5-1.83-1.83=1.84V。

 

第3次反射：從B點反射回的-1.83V電壓到達A點
，再次發生負反射，反射電壓為1.22V。該電壓到達B點再次發生正反射
，反射電壓1.22V。此時B點測量電壓為1.84+1.22+1.22=4.28V。

 

第4次反射：。。。。。。。。。第5次反射：。。。。。。。。。

 

如此循環，反射電壓在A點和B點之間來回反彈
，而引起B點電壓不穩定。觀察B點電壓：5.5V->1.84V->4.28V->……，可見B點電壓會有上下波動，這就是信號振鈴。

 

信號振鈴根本原因是負反射引起的，其罪魁禍首仍然是阻抗變化，又是阻抗！在研究信號完整性問題時，一定時時注意阻抗問題。

 

負載端信號振鈴會嚴重幹擾信號的接受
，產生邏輯錯誤，必須減小或消除，因此對於長的傳輸線必須進行阻抗匹配端接。

 

  五、信號反射

 

信(xin)號(hao)沿(yan)傳(chuan)輸(shu)線(xian)向(xiang)前(qian)傳(chuan)播(bo)時(shi)，每(mei)時(shi)每(mei)刻(ke)都(dou)會(hui)感(gan)受(shou)到(dao)一(yi)個(ge)瞬(shun)態(tai)阻(zu)抗(kang)，這(zhe)個(ge)阻(zu)抗(kang)可(ke)能(neng)是(shi)傳(chuan)輸(shu)線(xian)本(ben)身(shen)的(de)
，也(ye)可(ke)能(neng)是(shi)中(zhong)途(tu)或(huo)末(mo)端(duan)其(qi)他(ta)元(yuan)件(jian)的(de)。對(dui)於(yu)信(xin)號(hao)來(lai)說(shuo)，它(ta)不(bu)會(hui)區(qu)分(fen)到(dao)底(di)是(shi)什(shen)麼(me)


，信(xin)號(hao)所(suo)感(gan)受(shou)到(dao)的(de)隻(zhi)有(you)阻(zu)抗(kang)。如(ru)果(guo)信(xin)號(hao)感(gan)受(shou)到(dao)的(de)阻(zu)抗(kang)是(shi)恒(heng)定(ding)的(de)，那(na)麼(me)他(ta)就(jiu)會(hui)正(zheng)常(chang)向(xiang)前(qian)傳(chuan)播(bo)
，隻(zhi)要(yao)感(gan)受(shou)到(dao)的(de)阻(zu)抗(kang)發(fa)生(sheng)變(bian)化(hua)，不(bu)論(lun)是(shi)什(shen)麼(me)引(yin)起(qi)的(de)（可能是中途遇到的電阻，電容，電感，過孔
，PCB轉角，接插件），信號都會發生反射。

 

那麼有多少被反射回傳輸線的起點？衡量信號反射量的重要指標是反射係數，表示反射電壓和原傳輸信號電壓的比值。反射係數定義為：

 

 

其中：為變化前的阻抗，為變化後的阻抗。假設PCB線條的特性阻抗為50歐姆，傳輸過程中遇到一個100歐姆的貼片電阻，暫時不考慮寄生電容電感的影響，把電阻看成理想的純電阻，那麼反射係數為：
，信號有1/3被反射回源端。如果傳輸信號的電壓是3.3V電壓，反射電壓就是1.1V。

 

純電阻性負載的反射是研究反射現象的基礎，阻性負載的變化無非是以下四種情況：阻抗增加有限值、減小有限值
、開路（阻抗變為無窮大）、短路（阻抗突然變為0）。

 

阻抗增加有限值：

 

反射電壓上麵的例子已經計算過了。這時
，信號反射點處就會有兩個電壓成分，一部分是從源端傳來的3.3V電壓，另一部分是在反射電壓1.1V
，那麼反射點處的電壓為二者之和
，即4.4V。

 

阻抗減小有限值：

 

仍按上麵的例子，PCB線條的特性阻抗為50歐姆
，如果遇到的電阻是30歐姆，則反射係數為ρ=(30-50)/(30+50)=-0.25，反射係數為負值
，說明反射電壓為負電壓，值3.3V*（-0.25V）=-0.825V
，為此時反射點電壓為3.3V+（-0.825V）=2.475V。

 

開路：

 

開路相當於阻抗無窮大
，反射係數按公式計算為1。即反射電壓3.3V。反射點處電壓為6.6V。可見
，在這種極端情況下，反射點處電壓翻倍了。

 

短路：

 

短路時阻抗為0，電壓一定為0。按公式計算反射係數為-1，說明反射電壓為-3.3V
，因此反射點電壓為0。

 

計(ji)算(suan)非(fei)常(chang)簡(jian)單(dan)
，重(zhong)要(yao)的(de)是(shi)必(bi)須(xu)知(zhi)道(dao)，由(you)於(yu)反(fan)射(she)現(xian)象(xiang)的(de)存(cun)在(zai)，信(xin)號(hao)傳(chuan)播(bo)路(lu)徑(jing)中(zhong)阻(zu)抗(kang)發(fa)生(sheng)變(bian)化(hua)的(de)點(dian)，其(qi)電(dian)壓(ya)不(bu)再(zai)是(shi)原(yuan)來(lai)傳(chuan)輸(shu)的(de)電(dian)壓(ya)。這(zhe)種(zhong)反(fan)射(she)電(dian)壓(ya)會(hui)改(gai)變(bian)信(xin)號(hao)的(de)波(bo)形(xing)，從(cong)而(er)可(ke)能(neng)會(hui)引(yin)起(qi)信(xin)號(hao)完(wan)整(zheng)性(xing)問(wen)題(ti)。這(zhe)種(zhong)感(gan)性(xing)的(de)認(ren)識(shi)對(dui)研(yan)究(jiu)信(xin)號(hao)完(wan)整(zheng)性(xing)及(ji)設(she)計(ji)電(dian)路(lu)板(ban)非(fei)常(chang)重(zhong)要(yao)，必(bi)須(xu)在(zai)頭(tou)腦(nao)中(zhong)建(jian)立(li)起(qi)這(zhe)個(ge)概(gai)念(nian)。

 

 

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