信號反射的案例
串?dāng)_和反射能讓信號多不完整
我們知道：電源不穩(wěn)定、電源的干擾、信號間的串?dāng)_、信號傳輸過程中的反射，這些都會(huì)讓信號產(chǎn)生畸變，看下面這張圖，你就會(huì)知道理想的信號，經(jīng)過：反射、串?dāng)_、抖動(dòng)，最后變成什么鬼。
如果你的示波器測試上這樣的信號，你一定會(huì)問，為什么會(huì)這樣，怎么去解決。
反射
首先我們說一下反射：
反射－－初始波。當(dāng)驅(qū)動(dòng)器發(fā)射一個(gè)信號進(jìn)入傳輸線時(shí)，信號的幅值取決于電壓、緩沖器的內(nèi)阻和傳輸線的阻抗。驅(qū)動(dòng)器端看到的初始電壓決定于內(nèi)阻和線阻抗的分壓：
反射系數(shù)為：
其中-1≤ρ≤1。
當(dāng)ρ=0時(shí)無反射發(fā)生；
當(dāng)ρ=1(Z 2 =∞，開路)時(shí)發(fā)生全正反射；
當(dāng)ρ=-1(Z 2 =0，短路)時(shí)發(fā)生全負(fù)反射。
初始電壓，是源電壓Vs（2V）經(jīng)過Zs（25歐姆）和傳輸線阻抗（50歐姆）分壓，Vinitial=1.33V。
展開 【知識分享】信號振鈴是什么？如何產(chǎn)生的？
01
信號振鈴怎么產(chǎn)生的？
信號的反射可能會(huì)引起振鈴現(xiàn)象，一個(gè)典型的信號振鈴如下圖所示。
那么信號振鈴是怎么產(chǎn)生的呢？
前面講過，如果信號傳輸過程中感受到阻抗的變化，就會(huì)發(fā)生信號的反射。這個(gè)信號可能是驅(qū)動(dòng)端發(fā)出的信號，也可能是遠(yuǎn)端反射回來的反射信號。根據(jù)反射系數(shù)的公式，當(dāng)信號感受到阻抗變小，就會(huì)發(fā)生負(fù)反射，反射的負(fù)電壓會(huì)使信號產(chǎn)生下沖。
信號在驅(qū)動(dòng)端和遠(yuǎn)端負(fù)載之間多次反射，其結(jié)果就是信號振鈴。大多數(shù)芯片的輸出阻抗都很低，如果輸出阻抗小于PCB走線的特性阻抗，那么在沒有源端端接的情況下，必然產(chǎn)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(shè)驅(qū)動(dòng)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(nèi)層參考平面間介質(zhì)厚度來調(diào)整），為了分析方便，假設(shè)遠(yuǎn)端開路，即遠(yuǎn)端阻抗無窮大。驅(qū)動(dòng)端傳輸3.3V電壓信號。我們跟著信號在這條傳輸線中跑一個(gè)，看看到底發(fā)生了什么？為分析方便，忽略傳輸線寄生電容和寄生電感的影響，只考慮阻性負(fù)載。（如下圖為反射示意圖）
第1次反射：信號從芯片內(nèi)部發(fā)出，經(jīng)過10歐姆輸出阻抗和50歐姆PCB特性阻抗的分壓，實(shí)際加到PCB走線上的信號為A點(diǎn)電壓3.3*50/(10 50)=2.75V。傳輸?shù)竭h(yuǎn)端B點(diǎn)，由于B點(diǎn)開路，阻抗無窮大，反射系數(shù)為1，即信號全部反射，反射信號也是2.75V。此時(shí)B點(diǎn)測量電壓是2.75 2.75=5.5V。
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01
信號振鈴怎么產(chǎn)生的？
信號的反射可能會(huì)引起振鈴現(xiàn)象，一個(gè)典型的信號振鈴如下圖所示。
那么信號振鈴是怎么產(chǎn)生的呢？
前面講過，如果信號傳輸過程中感受到阻抗的變化，就會(huì)發(fā)生信號的反射。這個(gè)信號可能是驅(qū)動(dòng)端發(fā)出的信號，也可能是遠(yuǎn)端反射回來的反射信號。根據(jù)反射系數(shù)的公式，當(dāng)信號感受到阻抗變小，就會(huì)發(fā)生負(fù)反射，反射的負(fù)電壓會(huì)使信號產(chǎn)生下沖。
信號在驅(qū)動(dòng)端和遠(yuǎn)端負(fù)載之間多次反射，其結(jié)果就是信號振鈴。大多數(shù)芯片的輸出阻抗都很低，如果輸出阻抗小于PCB走線的特性阻抗，那么在沒有源端端接的情況下，必然產(chǎn)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(shè)驅(qū)動(dòng)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(nèi)層參考平面間介質(zhì)厚度來調(diào)整），為了分析方便，假設(shè)遠(yuǎn)端開路，即遠(yuǎn)端阻抗無窮大。驅(qū)動(dòng)端傳輸3.3V電壓信號。我們跟著信號在這條傳輸線中跑一個(gè)，看看到底發(fā)生了什么？為分析方便，忽略傳輸線寄生電容和寄生電感的影響，只考慮阻性負(fù)載。（如下圖為反射示意圖）
第1次反射：信號從芯片內(nèi)部發(fā)出，經(jīng)過10歐姆輸出阻抗和50歐姆PCB特性阻抗的分壓，實(shí)際加到PCB走線上的信號為A點(diǎn)電壓3.3*50/(10 50)=2.75V。傳輸?shù)竭h(yuǎn)端B點(diǎn)，由于B點(diǎn)開路，阻抗無窮大，反射系數(shù)為1，即信號全部反射，反射信號也是2.75V。此時(shí)B點(diǎn)測量電壓是2.75 2.75=5.5V。
展開 談?wù)剛鬏?em>信號導(dǎo)線選型及內(nèi)在機(jī)理
遷移到高速電路中，其表現(xiàn)是：激勵(lì)電路特性與傳輸線特性極大地影響了從一個(gè)裝置傳送到另一個(gè)裝置信號的完整性。
具體來說，在高速電路中要想把信號能量從源端全部有效的傳送到負(fù)載端，必須使傳輸線特征阻抗與信號的源端阻抗和負(fù)載阻抗匹配，否則信號會(huì)發(fā)生反射，導(dǎo)致信號波形的畸變等一系列問題。
4 什么是反射
反射就是在傳輸線上的回波。信號頻率高到一定程度時(shí)，信號的反射幾乎無處不在，引發(fā)信號傳輸問題。解決反射問題是硬件工程師一項(xiàng)基本的要求。
要說明白反射，需要涉及前文提到過阻抗及匹配的概念。（前面所有的鋪墊都是為了說明這個(gè)。）
簡單的來說，將電流類比于水流，而將水位的高度看作為電壓，這跟我們初高中接觸的物理知識是一致的。水流的速度看作是信號的頻率，假設(shè)，河道中水的寬度為阻抗，那么河道寬阻抗必然越小，這應(yīng)該很好理解，我們的走線也是一樣，走線越寬，阻抗越小。
假設(shè)完啦，下面開始分析啦！
一條小河上，水流順流，突然水流入了小溝，水道變窄，阻抗變大。這時(shí)如果水流速很快也即信號頻率很高，是不是就會(huì)濺起水花，這就是反射。此時(shí)小溝端的水位是不是也有抬高，說明這就產(chǎn)生了正反射，電壓變高啦！
然后又開始流啊流，又突然水流入了大江，江河明顯變寬，阻抗小啦，水位低啦，說明產(chǎn)生了負(fù)反射，疊加后電壓就低啦。
形象的介紹了一波，下面再來理論分析下吧:
信號的反射與線路的阻抗突變有著直接的關(guān)系。信號功率(電壓和電流)的一部分傳輸?shù)骄€上并達(dá)到負(fù)載處，但是有一部分被反射了，如下圖所示。源端與負(fù)載端阻抗不匹配會(huì)引起線上反射，假設(shè)信號傳輸過程中經(jīng)過兩個(gè)不同的區(qū)域，區(qū)域1阻抗為Z1,區(qū)域2阻抗為Z2，當(dāng)Z2<Z1，反射系數(shù)為負(fù)產(chǎn)生負(fù)反射；當(dāng)Z2>Z1，反射系數(shù)為正產(chǎn)生正反射。信號來回反射便形成了震蕩，從而導(dǎo)致了信號失真。
展開 
一張圖展示信號的反射
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從原理搞懂RS485串口通訊
由于信號在電纜上的傳輸是雙向的，因此，在通訊電纜的另一端可跨接一個(gè)同樣大小的終端電阻從理論上分析，在傳輸電纜的末端只要跨接了與電纜特性阻抗相匹配的終端電阻，就再也不會(huì)出現(xiàn)信號反射現(xiàn)象。但是，在實(shí)現(xiàn)應(yīng)用中，由于傳輸電纜的特性阻抗與通訊波特率等應(yīng)用環(huán)境有關(guān)，特性阻抗不可能與終端電阻完全相等，因此或多或少的信號反射還會(huì)存在。
引起信號反射的另個(gè)原因是數(shù)據(jù)收發(fā)器與傳輸電纜之間的阻抗不匹配。這種原因引起的反射，主要表現(xiàn)在通訊線路處在空閑方式時(shí)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)混亂。
信號反射對數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊懀瑲w根結(jié)底是因?yàn)?em>反射信號觸發(fā)了接收器輸入端的比較器，使接收器收到了錯(cuò)誤的信號，導(dǎo)致CRC校驗(yàn)錯(cuò)誤或整個(gè)數(shù)據(jù)幀錯(cuò)誤。
在信號分析，衡量反射信號強(qiáng)度的參數(shù)是RAF（RefectionAttenuationFactor反射衰減因子）。它的計(jì)算公式如式（1）。
RAF=20lg（Vref/Vinc）（1）
式中：Vref-反射信號的電壓大??；Vinc-在電纜與收發(fā)器或終端電阻連接點(diǎn)的入射信號的電壓大小。
具體的測量方法如圖3所示。例如，由實(shí)驗(yàn)測得2.5MHz的入射信號正弦波的峰-峰值為+5V，反射信號的峰-峰值為+0.297V，則該通訊電纜在2.5MHz的通訊速率時(shí)，它的反射衰減因子為：RAF=20lg（0.297/2.5）=-24.52dB
要減弱反射信號對通訊線路的影響，通常采用噪聲抑制和加偏置電阻的方法。在實(shí)際應(yīng)用中，對于比較小的反射信號，為簡單方便，經(jīng)常采用加偏置電阻的方法。在通訊線路中，如何通過加偏置電阻提高通訊可靠性的原理，后面將做詳細(xì)介紹。
十四、在通訊電纜中的信號衰減
第二個(gè)影響信號傳輸?shù)囊蛩厥?em>信號在電纜的傳輸過程中衰減。
展開 硬件特訓(xùn)班問題解答【57問-10】
首先這個(gè)問題之所以出現(xiàn)，是因?yàn)閭鬏斁€的阻抗和結(jié)點(diǎn)的阻抗不相等，所以出現(xiàn)了信號反射，所以想辦法讓其匹配即可，匹配之后信號在傳遞到終端的時(shí)候其信號就會(huì)被終端匹配電阻完全吸收而不產(chǎn)生反射，而我們在485網(wǎng)絡(luò)中在A-B想添加的120Ω的電阻就是基于此目的
(5)偏置的問題:所謂的偏置其解決的主要問題是當(dāng)總線空閑時(shí)，如果不偏置(其實(shí)就是通過接上下拉電阻讓總線在空閑的時(shí)候有個(gè)固定的電壓值)的話，其在空閑的時(shí)候就會(huì)成高阻態(tài)，所謂的高阻態(tài)就是不確定態(tài)，也就是它在某些情況下成高電平，某些情況下成低電平，所以這個(gè)時(shí)候就會(huì)出現(xiàn)誤動(dòng)作，為了解決這個(gè)問題我們需要加偏置電阻，使得其在空閑狀態(tài)下應(yīng)該成邏輯電平1狀態(tài)，485是差分邏輯，所以我們需要在A相接上拉電阻，B相接下拉電阻，以此在空閑狀態(tài)下VA-VB=邏輯電平1的電壓范圍，但是R上拉和R下拉到底該怎么選值呢？
展開 如何設(shè)置PCB跡線角度？最好是45度還是圓??？90度直角接線可以嗎？
在設(shè)計(jì)PCB布局和布線時(shí)，將提到高速信號跡線的轉(zhuǎn)角。很多人會(huì)說，高速信號不應(yīng)該以直角跟蹤，而是應(yīng)該以45度角跟蹤，并且可以說弧將大于45度，轉(zhuǎn)角更好。
那么，PCB布局到底是否可以90度布線？
高頻和高速信號傳輸線應(yīng)避免以90°角布線，這在各種PCB設(shè)計(jì)指南中都是強(qiáng)烈要求的，因?yàn)楦哳l和高速的信號傳輸線需要保持特性阻抗一致，并且在傳輸線的角部使用90°角路由，將改變線寬。90°角處的線寬約為正常線寬的1.414倍。因?yàn)榫€寬變化，會(huì)引起信號反射。同時(shí)，拐角處的額外寄生電容也將導(dǎo)致耗時(shí)的信號傳輸，延遲影響。
當(dāng)然，當(dāng)信號沿均勻互連傳播時(shí)，傳輸?shù)?em>信號將沒有反射和失真。如果均勻互連上有90°角，則會(huì)導(dǎo)致角處pcb傳輸線的寬度發(fā)生變化。根據(jù)相關(guān)電磁理論計(jì)算表明，這肯定會(huì)帶來信號的反射效應(yīng)。
理論上是這樣，但理論畢竟是理論。
對于高速數(shù)字信號，90°轉(zhuǎn)角將對高速信號傳輸線產(chǎn)生一定影響。對于我們當(dāng)前的高密度和高速pcb，一般跡線寬度為4-5mil，90°角的電容約為10fF。據(jù)估計(jì)，由該電容器引起的累積延遲約為0.25ps，因此具有5mil線寬的導(dǎo)線上的90°角不會(huì)對當(dāng)前高速數(shù)字信號（100 psec上升沿時(shí)間）產(chǎn)生很大影響。
對于高頻信號傳輸線，為了避免集膚效應(yīng)造成的信號損壞，通常使用更寬的信號傳輸線如50Ω阻抗和100mil線寬。90°角處的線寬約為141mil，由寄生電容引起的信號延遲約為25ps。此時(shí)，90°角將產(chǎn)生非常嚴(yán)重的影響。
同時(shí)，微波傳輸線總是希望盡量減少信號的損失。90°角處的阻抗不連續(xù)性和外部的寄生電容將導(dǎo)致高頻信號的相位和振幅誤差、輸入和輸出之間的失配，以及可能存在的寄生耦合，從而導(dǎo)致電路性能惡化，影響PCB電路信號的傳輸特性。
展開 【干貨分享】詳解PCB走線與信號完整性問題
PCB Layout能不能以90°走線
高頻高速信號傳輸線應(yīng)避免以90°的拐角走線，是各種PCB Design Guide中極力要求的，因?yàn)楦哳l高速信號傳輸線需要保持特性阻抗一致，而采用90°拐角走線，在傳輸線拐角處，會(huì)改變線寬，90°拐角處線寬約為正常線寬的 1.414倍，由于線寬改變了，就會(huì)造成信號的反射。
同時(shí)，拐角處的額外寄生電容也會(huì)對信號的傳輸造成時(shí)延影響。
當(dāng)然，當(dāng)信號沿著均勻互連線傳播時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生反射和傳輸信號的失真。如果均勻互連線上有一個(gè)90°拐角，則會(huì)在拐角處造成PCB傳輸線寬的變化，根據(jù)相關(guān)電磁理論計(jì)算得出，這肯定會(huì)帶來信號的反射影響。
直角走線的對信號的影響就是主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：
拐角可以等效為傳輸線上的容性負(fù)載，減緩上升時(shí)間
90°拐角處線寬約為正常線寬的 1.414倍，引起阻抗不連續(xù)，進(jìn)而造成信號的反射
直角尖端產(chǎn)生的EMI，尖端容易發(fā)射或接收電磁波，產(chǎn)生EMI
傳輸線的直角帶來的寄生電容可以由下面這個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算：
C=61W(Er)1/2/ZO
在上式中，C就是指拐角的等效電容(單位pF)，W指走線的寬度(單位inch)，Er指介質(zhì)的介電常數(shù)，ZO就是傳輸線的特征阻抗。
展開 PCB布線絕招，一般人我不告訴他！
信號輸入端靜態(tài)輸入電流在1mA左右，輸入電容10PF左右，輸入阻抗相當(dāng)高，高速CMOS電路的輸出端都有相當(dāng)?shù)膸лd能力，即相當(dāng)大的輸出值，將一個(gè)門的輸出端通過一段很長線引到輸入阻抗相當(dāng)高的輸入端，反射問題就很嚴(yán)重，它會(huì)引起信號畸變，增加系統(tǒng)噪聲。當(dāng)Tpd》Tr時(shí)，就成了一個(gè)傳輸線問題，必須考慮信號反射，阻抗匹配等問題。
信號在印制板上的延遲時(shí)間與引線的特性阻抗有關(guān)，即與印制線路板材料的介電常數(shù)有關(guān)?？梢源致缘卣J(rèn)為，信號在印制板引線的傳輸速度，約為光速的1/3到1/2之間。微控制器構(gòu)成的系統(tǒng)中常用邏輯電話元件的Tr（標(biāo)準(zhǔn)延遲時(shí)間）為3到18ns之間。
在印制線路板上，信號通過一個(gè)7W的電阻和一段25cm長的引線，線上延遲時(shí)間大致在4~20ns之間。也就是說，信號在印刷線路上的引線越短越好，最長不宜超過25cm。而且過孔數(shù)目也應(yīng)盡量少，最好不多于2個(gè)。
當(dāng)信號的上升時(shí)間快于信號延遲時(shí)間，就要按照快電子學(xué)處理。此時(shí)要考慮傳輸線的阻抗匹配，對于一塊印刷線路板上的集成塊之間的信號傳輸，要避免出現(xiàn)Td》Trd的情況，印刷線路板越大系統(tǒng)的速度就越不能太快。
用以下結(jié)論歸納印刷線路板設(shè)計(jì)的一個(gè)規(guī)則：
信號在印刷板上傳輸，其延遲時(shí)間不應(yīng)大于所用器件的標(biāo)稱延遲時(shí)間。
（3） 減小信號線間的交互干擾：
A點(diǎn)一個(gè)上升時(shí)間為Tr的階躍信號通過引線AB傳向B端。信號在AB線上的延遲時(shí)間是Td。在D點(diǎn)，由于A點(diǎn)信號的向前傳輸，到達(dá)B點(diǎn)后的信號反射和AB線的延遲，Td時(shí)間以后會(huì)感應(yīng)出一個(gè)寬度為Tr的頁脈沖信號。在C點(diǎn)，由于AB上信號的傳輸與反射，會(huì)感應(yīng)出一個(gè)寬度為信號在AB線上的延遲時(shí)間的兩倍，即2Td的正脈沖信號。這就是信號間的交互干擾。干擾信號的強(qiáng)度與C點(diǎn)信號的di/at有關(guān)，與線間距離有關(guān)。當(dāng)兩信號線不是很長時(shí)，AB上看到的實(shí)際是兩個(gè)脈沖的迭加。
展開 一文了解UWB技術(shù)的工作原理
如圖1所示，UWB 脈沖（中間和右側(cè)圖）只有 2 納秒 (ns) 寬，因此不受反射信號（多路徑）干擾和噪聲的影響。UWB 射頻 (RF) 脈沖邊緣清晰，因此在存在日常環(huán)境中常見的信號反射和多路徑效應(yīng)的情況下仍能精確測定到達(dá)時(shí)間和距離。
圖1
將 UWB 作為解決方案時(shí)，反射信號（灰色）不會(huì)影響直接信號（藍(lán)色）。IR-UWB 信號（中間和右側(cè)）的上升和下降時(shí)間（邊沿）比標(biāo)準(zhǔn)窄帶信號（左側(cè)）更短，因此可以精確地測量信號的到達(dá)時(shí)間。這也有助于 UWB 信號在存在噪聲和多徑效應(yīng)的情況下保持其完整性和結(jié)構(gòu)。
即使在噪聲條件下，如圖1（右側(cè)）所示，2ns 寬的脈沖無線電 UWB 脈沖的到達(dá)時(shí)間幾乎未受影響。相比之下，如圖 2 所示，窄帶信號受到噪聲的影響比較明顯。
圖2
我們已使用窄帶無線電技術(shù)對基于 ToF 的方法進(jìn)行了試驗(yàn)。如圖 3所示，窄帶信號對多路徑非常敏感，因?yàn)?em>反射信號（深灰色）可與直達(dá)經(jīng)信號（淺灰色）進(jìn)行具有破壞性的結(jié)合，從而在接收機(jī)端生成最終信號（藍(lán)色）。這會(huì)影響信號超越閾值（用于測量 ToA）的時(shí)間，從而降低精度。
圖3
UWB 的精度優(yōu)勢非常明顯。UWB 完全能夠以 5 至 10 厘米的精度測量距離和位置。相比之下，藍(lán)牙、Wi-Fi 以及其他窄帶無線電標(biāo)準(zhǔn)只能實(shí)現(xiàn)米級精度。此外，由于 UWB 無線電脈沖極短，多徑效應(yīng)下，直達(dá)徑信號不會(huì)與多徑信號重疊，因此不會(huì)損壞信號完整性和強(qiáng)度。
展開 
PCB板元器件布局布線基本規(guī)則
（2）減小信號傳輸中的畸變
微控制器主要采用高速CMOS技術(shù)制造。信號輸入端靜態(tài)輸入電流在1mA左右，輸入電容10PF左右，輸入阻抗相當(dāng)高，高速CMOS電路的輸出端都有相當(dāng)?shù)膸лd能力，即相當(dāng)大的輸出值，將一個(gè)門的輸出端通過一段很長線引到輸入阻抗相當(dāng)高的輸入端，反射問題就很嚴(yán)重，它會(huì)引起信號畸變，增加系統(tǒng)噪聲。當(dāng)Tpd》Tr時(shí)，就成了一個(gè)傳輸線問題，必須考慮信號反射，阻抗匹配等問題。
信號在印制板上的延遲時(shí)間與引線的特性阻抗有關(guān)，即與印制線路板材料的介電常數(shù)有關(guān)?？梢源致缘卣J(rèn)為，信號在印制板引線的傳輸速度，約為光速的1／3到1／2之間。微控制器構(gòu)成的系統(tǒng)中常用邏輯電話元件的Tr（標(biāo)準(zhǔn)延遲時(shí)間）為3到18ns之間。
在印制線路板上，信號通過一個(gè)7W的電阻和一段25cm長的引線，線上延遲時(shí)間大致在4～20ns之間。也就是說，信號在印刷線路上的引線越短越好，長不宜超過25cm。而且過孔數(shù)目也應(yīng)盡量少，好不多于2個(gè)。
當(dāng)信號的上升時(shí)間快于信號延遲時(shí)間，就要按照快電子學(xué)處理。此時(shí)要考慮傳輸線的阻抗匹配，對于一塊印刷線路板上的集成塊之間的信號傳輸，要避免出現(xiàn)Td》Trd的情況，印刷線路板越大系統(tǒng)的速度就越不能太快。
用以下結(jié)論歸納印刷線路板設(shè)計(jì)的一個(gè)規(guī)則：
信號在印刷板上傳輸，其延遲時(shí)間不應(yīng)大于所用器件的標(biāo)稱延遲時(shí)間。
（3）減小信號線間的交互干擾
A點(diǎn)一個(gè)上升時(shí)間為Tr的階躍信號通過引線AB傳向B端。信號在AB線上的延遲時(shí)間是Td。在D點(diǎn)，由于A點(diǎn)信號的向前傳輸，到達(dá)B點(diǎn)后的信號反射和AB線的延遲，Td時(shí)間以后會(huì)感應(yīng)出一個(gè)寬度為Tr的頁脈沖信號。在C點(diǎn)，由于AB上信號的傳輸與反射，會(huì)感應(yīng)出一個(gè)寬度為信號在AB線上的延遲時(shí)間的兩倍，即2Td的正脈沖信號。這就是信號間的交互干擾。
展開 COMSOL 中定義隨時(shí)間任意變化的電信號的方法
電纜選項(xiàng)可以定義電壓信號和電纜阻抗。這樣我們就可以理解這里給定了一個(gè)在指定阻抗的、無限無損耗的傳輸線條件，例如
，并在無限電纜上放置一個(gè)信號源。該信號源施加的電流會(huì)使信號沿傳輸線向遠(yuǎn)離信號源的兩個(gè)方向傳播，從而使感應(yīng)電壓等于所定義的信號。由于信號是雙向傳播的，因此外加電流的大小為
。
這是基于指定的電壓信號
和指定的電纜阻抗——假設(shè)系統(tǒng)阻抗與電纜阻抗相匹配。實(shí)際上，電纜阻抗與系統(tǒng)阻抗（
）不同，因此信號將部分被系統(tǒng)模型反射并返回傳輸線。因此，輸入信號在此邊界以電壓形式輸入，但實(shí)際上會(huì)外加一個(gè)固定的電流以及與電纜阻抗相等的并聯(lián)載荷。我們可以認(rèn)為，來自電流源的信號被分成電纜和系統(tǒng)兩部分，其中一部分信號被反射回來。在大多數(shù)真實(shí)信號源中，都會(huì)有某種循環(huán)器或隔離器來防止反射信號與電流源發(fā)生作用，并將反射信號轉(zhuǎn)移到匹配的損耗載荷上。
電纜類型集總端口邊界條件的等效電路解釋。上圖顯示的是假設(shè)情況：信號從電流源傳播到阻抗匹配的電纜和系統(tǒng)中。信號源位于電纜內(nèi)，因此信號向兩個(gè)方向傳播。下圖顯示的是模擬情況：系統(tǒng)阻抗不匹配導(dǎo)致部分信號反射回電纜。
電流接口中的類似邊界條件是終止類型的終端條件。在這個(gè)接口中，我們同樣可以輸入電纜阻抗，但代替電壓需要輸入施加功率，其中功率為 。
對于這兩個(gè)物理場接口，都可以使用更精細(xì)的輸出時(shí)間步長和公差來求解模型。我們可以通過測量的電壓、電流和損耗，以及隨時(shí)間變化的集總損耗來計(jì)算結(jié)果，如下圖所示。有幾個(gè)特征有必要說明一下：
不出意料，電磁波，瞬態(tài)接口感應(yīng)到的電壓和電流信號中會(huì)出現(xiàn)波紋或波浪。這些波紋是由輸入信號的頻率組成造成的，也是由于系統(tǒng)模型的材料、邊界條件和幾何形狀對信號的反射造成的。
感應(yīng)電壓幾乎是外加電壓的兩倍。
展開 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)從三個(gè)方面考慮PCB的設(shè)計(jì)
二.從信號完整性來考慮PCB的設(shè)計(jì)
PCB的信號完整性問題主要包括信號反射、串?dāng)_、信號延遲和時(shí)序錯(cuò)誤。
1、反射：信號在傳輸線上傳輸時(shí)，當(dāng)高速PCB上傳輸線的特征阻抗與信號的源端阻抗 或負(fù)載阻抗不匹配時(shí)，信號會(huì)發(fā)生反射，使信號波形出現(xiàn)過沖、下沖和由此導(dǎo)致的振鈴現(xiàn)象。PCB設(shè)計(jì)時(shí)一般是通過做阻抗匹配來防止反射的產(chǎn)生。
單端50 ohm
差分100 ohm
2、 串?dāng)_：在PCB中，串?dāng)_是指當(dāng)信號在傳輸線上傳播時(shí)，因電磁能量通過互容和互感耦合 對相鄰的傳輸線產(chǎn)生的不期望的噪聲干擾，它是由不同結(jié)構(gòu)引起的電磁場在同一區(qū)域里的相互作用而產(chǎn)生的?；ト菀l(fā)耦合 電流，稱為容性串?dāng)_；而互感引發(fā)耦合電壓，稱為感性串?dāng)_。在PCB上，串?dāng)_與走線長度、信號線間距，以及參考地平面的狀況等有關(guān)。PCB設(shè)計(jì)時(shí)一般是通過3W原則或者是包地防止串?dāng)_的產(chǎn)生。
3、信號延遲和時(shí)序錯(cuò)誤：信號在PCB的導(dǎo)線上以有限的速度傳輸，信號從驅(qū)動(dòng)端發(fā)出到達(dá)接收端，其間存在一個(gè)傳輸延遲。過多的信號延遲或者信號延遲不匹配可能導(dǎo)致時(shí)序錯(cuò)誤和邏輯器件功能混亂。這種情況，一般是DDR產(chǎn)生，所以PCB設(shè)計(jì)時(shí)一般是做等防止信號延遲和時(shí)序錯(cuò)誤的產(chǎn)生。
三.從EMC角度來考慮PCB的設(shè)計(jì)
EMC三大要素，干擾源，傳播途徑和敏感器件。所以設(shè)計(jì)時(shí)從消除干擾源，切斷傳播途徑和蔽屏敏感器件入手，以下的方法就是居于這些思路來考慮的。
1，合理布局
在器件布置方面,原則上應(yīng)將相互有關(guān)的器件盡量靠近,將數(shù)字電路、模擬電路及電源電路分別放置,將高頻電路與低頻電路分開。易產(chǎn)生噪聲的器件、小電流電路、大電流電路等應(yīng)盡量遠(yuǎn)離邏輯電路。對時(shí)鐘電路和高頻電路等主要干擾和輻射源應(yīng)單獨(dú)安排,遠(yuǎn)離敏感電路。
2，屏蔽設(shè)計(jì)
屏蔽是解決電磁兼容問題的關(guān)鍵技術(shù)。
展開 【往年優(yōu)秀論文】基于S 參數(shù)模型的信號完整性仿真驗(yàn)證
1 S 參數(shù)與信號完整性
S 參數(shù)全稱是散射參數(shù)（Scatter Parameters, S-parameters）,最早應(yīng)用于微波和射頻工程領(lǐng)域，由于其自身的“黑盒”特性以及頻域?qū)傩?，使其得以在高頻領(lǐng)域得到廣泛地應(yīng)用。目前，S 參數(shù)已經(jīng)能夠描述電阻、電容、PCB 走線、電源地平面、回流路徑、封裝、插座、接插件、線纜等。
對于單個(gè)端口，只存在一組S 參數(shù)即S11，一般又稱為單端S 參數(shù)。開路S 參數(shù)雖然只用了一個(gè)端口，但是對于PCB 走線而言，單端開路S 參數(shù)卻包含了許多重要信息：如信號頻域反射情況、信號延時(shí)程度、介質(zhì)損耗程度、特性阻抗穩(wěn)定性情況等。
一般而言，使用最多的是雙端口S 參數(shù)，它包含四個(gè)量S11、S12、S21、S22，構(gòu)成了最簡單的S 參數(shù)矩陣。其中，S11 或者S22 又通常稱為回波損耗，S11 反應(yīng)了信號傳播的反射情況，與之對應(yīng)的信號完整性問題為反射及阻抗的匹配問題。利用S11 曲線可以很容易地找到信號傳輸?shù)?“頻率共振點(diǎn)”（即S11 的谷值頻點(diǎn)），從而指導(dǎo)信號走線長度及阻抗設(shè)計(jì)。
對于PCB 走線的S 參數(shù)而言，S11 還有一個(gè)重要的特性：峰峰值（或者谷谷值）頻率周期特性，如果將峰峰值（或者谷谷值）用Δf 來表示，則它與傳播延時(shí)的關(guān)系可用下式來計(jì)算：
根據(jù)上式，就可以精確計(jì)算信號線的傳播延時(shí)。再根據(jù)微帶線或者帶狀線傳播延時(shí)計(jì)算公式，就能得到信號相對介電常數(shù)大小，從而得到介質(zhì)材料的特性。
S21 稱為插入損耗，反映了信號的傳輸能力，一般要求越大越好。與S11 類似，S21 的一個(gè)重要特性就是其真實(shí)地反映了介質(zhì)損耗和導(dǎo)體損耗的程度。
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