《传输线与反射》PPT课件

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1、第五章传输线与反射15.0引言如果信号沿互连线传播时所受到的瞬态阻抗发生变化，则一部分信号将被反射，另一部分发生失真并继续传播，这正是单一网络中多数信号完整性问题产生的主要原因。反射和失真使信号质量下降，看起来就像是振铃。引起信号电平下降的下冲可能会超过噪声容限，造成误触发。下图表示短传输线末端由瞬态阻抗突变造成的反射噪声。25.0引言只要信号遇到瞬态阻抗突变，反射就会发生。反射可能发生在线末端，或者是互连线拓扑结构发生改变的地方，如拐角、过孔、T型结构、接插件等处。因此设计互连线的目的就是尽可能保持信号受到的阻抗恒定。首先要保持互

2、连线的特性阻抗恒定。因此，制造阻抗可控电路板变得越来越重要。减小桩线（stub）长度、使用菊花链代替分支结构、使用真正的点对点拓扑结构等设计技巧，都是为了保持瞬态阻抗恒定。其次改进拓扑结构设计并增加分立电阻元件应对阻抗的突变，从而保证信号受到的瞬态阻抗恒定。35.1阻抗变化处的反射只要瞬态阻抗发生了改变，部分信号将沿着与原传播方向相反的方向反射，而另一部分将继续传播，但幅度有所改变。将瞬态阻抗发生改变的地方称为阻抗突变，或简称突变。反射信号的量值由瞬态阻抗的变化量决定，如图所示。如果第一个区域瞬态阻抗是Z1，第二个区域是Z2，则反射

3、信号与入射信号幅值之比为（后面证明）：Vreflected表示反射电压；Vincident表示入射电压；Z1表示信号最初所在区域1的瞬态阻抗；Z2表示信号进入区域2时的瞬态阻抗；表示反射系数；45.1阻抗变化处的反射两个区域的阻抗差异越大，反射信号量就越大。例如，1V信号沿特性阻抗为50W的传输线传播，开始所受到的瞬态阻抗为50W，当它进入特性阻抗为75W的区域时，反射系数为：(75-50)/(75+50)=0.2，反射电压为1V×0.2=0.2V。信号沿传输线传播时遇到阻抗突变，在突变处将产生另一个波。该波将叠加在第1个波上，向

4、源端传播，其幅度等于入射电压的幅度乘以反射系数。反射系数描述了反射回源端的那部分电压。传输系数描述了通过交界面进入第二区域的部分入射电压。55.2反射形成机理为了减少和消除反射，在高速电路板设计中的要注意四点：使用可控阻抗互连线；传输线两端至少有一端需要匹配；采用使多分支产生的影响最小化的布线拓扑结构；使几何结构的不连续（突变）最小化。65.2反射形成机理那么为什么会产生反射呢？为了满足两个重要的边界条件！在突变交界面处，无论是从区域1还是从区域2看过去，交界面两侧的电压和电流都必须是相同的。边界处不可能出现电压不连续，否则此处会有

5、一个无限大电场；也不可能出现电流不连续，否则会有一个无限大的磁场。75.2反射形成机理为了维持分界面两侧的电压和电流相等，就需要满足关系式V1=V2，I1=I2。而I1=V1/Z1，I2=V2/Z2，同时成立，显然，当两个区域的阻抗不同时，这些关系式绝不可能同时成立。为了使整个系统协调稳定，区域1中产生了一个反射回源端的电压。它的唯一目的就是吸收入射信号和传输信号之间不匹配的电压和电流，如图所示。入射信号穿越分界面时，产生了反射电压和电流，从而使分界面两侧的电压和电流回路相匹配。85.2反射形成机理入射信号Vinc向着分界面传播，而

6、传输信号Vtrans向远离分界面的方向传播。分界面两侧电压相同的条件：在区域1，分界处总电流由入射电流和反射电流决定，它们传播方向相反。区域1分界面处净电流为Iinc-Irefl。在区域2中，电流等于Itrans。分别从分界面两侧看进去，电流相同的条件是：95.2反射形成机理每个区域中的阻抗值为该区域中电压与电流的比值：代入电流表达式中得：即：这就是反射系数的定义！105.3电阻性负载的反射传输线的终端匹配有三种最重要的特殊情况。假设传输线的特性阻抗是50W。首先，如果传输线的终端为开路，即末端的瞬态阻抗是无穷大。这时反射系数为1：

7、(无穷-50)/(无穷+50)=1。即在开路端将产生与入射波大小相同、方向相反、返回源端的反射波。在传输线的末端（开路端的总电压），将是两个波的叠加。一个是幅度为1V的信号向开路端传播，同时另一个也是1V信号，但它向相反的方向传播。因此开路端的电压为2V。见下图。115.3电阻性负载的反射如果区域2是开路，则反射系数为1。此时开路处有两个方向相反的波相叠加。125.3电阻性负载的反射第二种特殊情况是传输线的末端与返回路径相短路，即末端阻抗为0。反射系数为-1：(0-50)/(0+50)=-1。1V入射信号到达远端时，产生-1V反射信

8、号向源端传播。短路突变处测得的电压为入射电压与反射电压之和，即0V。135.3电阻性负载的反射最后一种特殊情况是传输线末端所接阻抗与传输线的特性阻抗相匹配。如果传输线的末端连接50W电阻，则反射系数为0，此时不会存在反射电压，50W电