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1、《现代电子技术》2007年第21期总第260期þ电子技术应用ü传输线中信号反射的研究彭元杰,何怡刚,郭杰荣,汪胜辉,曹斌芳(湖南大学电气与信息工程学院湖南长沙410082)摘要:现代高速电路设计中的信号完整性问题,尤其是过度的反射现象,常常造成严重的电路问题。研究了反射形成的机理,即阻抗突变引发信号反射,通过分析给出了减少反射的措施。由AltiumDesigner的信号完整性分析工具对设想进行了验证,仿真结果表明:适当的端接能大幅度改善传输线中信号的反射。关键词:信号完整性;阻抗突变;反射;端接中图分类号:TN41文献标识码:A文章编号:10042373X(2007)212179203Stud
2、yforSignalReflectionsinTransmissionLinesPENGYuanjie,HEYigang,GUOJierong,WANGShenghui,CAOBinfang(CollegeofElectricalandInformationEngineering,HunanUniversity,Changsha,410082,China)Abstract:Signalintegrity,especially,excessivereflectiononmodernhighspeedcircuitdesignoftencauseseriouscircuitmalfunction.
3、Themechanisminformingreflectionwasstudied;thatis,thechangeintheinstantaneousimpedancecausedsignalreflection.Theanalysisworkedoutsomemeasuresonreducingreflection.TheassumptionwasvalidatedbysignalintegritytoolofAltiumDesigner.Simulationresultsindicatethatproperterminationcangreatlyimprovesignalreflect
4、ionintransmis2sionlines.Keywords:signalintegrity;changeintheinstantaneousimpedance;reflection;termination1引言2反射形成的机理现代电子技术飞速发展,数字系统的时钟速率越来越有PCB设计经验的工程师都清楚,线路的拐角、过高,信号边缘速率越来越快,PCB(印制电路板)系统已不孔、T型结构、接插件、封装、线宽的突变等都会引起振铃再像以往设计中仅仅只是支撑电子元器件的平台,而变成之类的问题,这是产生了反射。总结分析,这些线路结构了一个高性能的系统结构。信号频率高于100MHz的电有一个共同点:线路
5、结构引起了阻抗变化。子系统设计极为普遍。如此高的频率,在PCB电路中已信号沿传输线传播时,其路径上的每一段都有相应的经产生了前所未有的诸多严重的信号完整性问题,主要包瞬态阻抗。可以设想,只要瞬态阻抗发生了改变,部分信括:延迟、反射、串扰、同步噪声、电磁兼容性等。这些问题号都将沿着与原传播方向相反的方向回传,而令一部分将使得电路不能正常工作或是根本不能工作。PCB的线迹继续传播,但幅度有所改变(设想的正确性在下文中论互连和板层特性对于信号不再是畅通和透明的了,这就需证)。将瞬态阻抗发生改变的地方称为阻抗突变,是阻抗要新的设计方法和手段。突变引起了反射。所谓信号完整性是指信号在电路中以正确的时序和
6、为了表示反射的强弱程度,引进反射系数这一概念,电压做出响应的能力。如果电路中信号能够以要求的时定义如下:序、持续时间和电压幅值到达,则该电路具有较好的信号ρ=Vre/Vin(1)完整性。否则,当信号不能正常响应时,就出现了误触发、其中,ρ表示反射系数,Vre表示反射电压,Vin表示入射过冲等造成时钟间歇振荡和数据错误的信号完整性电压。[1]问题。建立一个传输线的模型(如图1所示)。设有传输线本文基于PCB设计的需要,就常见的反射问题做详上的区域1和区域2,信号从1到2传播。如果没有反射细的分析,并研究解决问题的措施。信号,信号到达瞬态阻抗不同的两个区域的交界面时,传输线中仅存一个电压和电流的回
7、路。因此,两区域电压电收稿日期:2007203221流关系为:V1=V2,I1=I2。否则,交界面的电压电流的不基金项目:湖南省教育厅科研项目(05C717)连续会形成强大的电场和磁场(这种情况从未出现过)。两179电子技术彭元杰等:传输线中信号反射的研究区域瞬态阻抗分别为:Z1=V1/I1,Z2=V2/I2,这里得到结果的。[2,3]两阻抗相等,显然前后矛盾。(2)针对每个元件的信号完整性模型必
