原创 PCB走线信号分析2-hyperlynx

传输线的反射-

先说几个信号完整性的经典语句

1：一个信号沿着传输线前进的每一步中，都会感觉到一个瞬间阻抗。听起来，感觉是在开汽车，都会感觉到路面的坑坑洼洼一样，呵呵。

2：忘掉接地这个说法，每一个信号都有一个返回路径，找到它的返回路径，也就抓到了主要矛盾。

3：导线电感与其周围的磁力线匝数有本质的联系，电流和匝数变化，在导线的两端就会产生电压，导致了反射噪声，串扰，地弹。

4：信号带宽是指有效正弦波分量的最高频率值，而不是该信号的频率。

5：引起信号完整性的根本原因是信号上升沿时间。

下面开始说传输线的特性阻抗，一个图片就好了。呵呵。

接下来，继续说，信号沿传输线传输，每一步都会感受到瞬间阻抗（电流在铜线上速度6in/ns），如果传输线的阻抗是可以控制的，这个瞬间阻抗就是特性阻抗，但是如果，在传输线上的某段阻抗发生变化，部分信号就沿原来传播方向相反的方向反射，另外一部分，继续向前传播。就是说你开车，碾到了一个小石头，你的车都要震动一下，就像你通过黑黄相间的减速带一样。反射的信号量有瞬态阻抗变化量决定。如下图，很经典的图。

红圈的那个公式很重要，是反射系数。

例如，3.3V信号沿特性阻抗为50欧姆的传输线传播，开始所受到的瞬态阻抗为50欧姆，当它进入特性阻抗为75欧姆的区域时，反射系数为：

   (75-50)/(75+50)=0.2，反射电压为3.3V×0.2=0.66V。

从上一节我使用hyperlynx软件连接的那个简单传输信号图可以看出，在信号到达接收端，阻抗发生了突变，我们假设接受端输入阻抗无穷大。这样产生了反射，反应在波形上面就是失真，如图

接收端的电压不是稳定的，而是变化的，这里还有一些计算，我懒，懒得去推理了。网友自己可以推理一下，用那个反射系数。

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这是后来补充的，后来我自己计算推导的时候，遇到一些麻烦，这里重新推导一下计算过程，首先是3.3经过10和50的分压，在A点电压是2.75，然后这个电压沿着50的导线传播，到B点，还是2.75，接下来接收端阻抗无穷大，信号全部反射，p是正，此时B点电压是：2.75(输入信号)+2.75（反射信号）=5.5（B点电压）。2.75的反射信号继续传输，沿着50的导线，向10电阻传播，到A点，p=-2/3（10-50/10+50）, 反射信号电压时2.75*（-2/3）=-1.83，就是说此时在A处，有一个-1.83的信号反射回来，它没有传播到10电阻，而是重新回到了50导线，我们沿着这个反射信号走下去，接下来到了B点，电压是5.5+（-1.83），然后这个-1.83再次反射，因为接收端阻抗无穷大，像第一次2.75全部反射一样，此时B点电压是5.5+（-1.83）(输入信号）+（-1.83）（反射信号）=5.5-1.83-1.83=1.84，接着，完全被反射的-1.83继续从50导线向10电阻传播，然后到达A点，p=-2/3，反射电压是-1.83*（-2/3）=1.22，这个1.22是反射信号，它没有传播到10电阻，而是重新回到50导线，向接收端传播，所以在B点处电压是1.84+1.22,然后1.22反射，因为接收端阻抗无穷大，此时B点电压是（1.84+1.22）（输入信号）+1.22（反射信号）=1.84+1.22+1.22,好了，我分析到这里，应该说的很明白了，所以现在应该知道，上图中的B点下面的数值代表B点电压，A点下面的数值代表，在A点处的反射电压，而不是A点处电压。

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怎么解决这个波形失真问题呢，就是特性阻抗匹配。从反射系数来看，如果Z2=Z1，反射系数为0.那么波形就是理想的。看图。

我们添加一个匹配电阻，然后看波形。

看到了吧，比上一篇文章里面的波形要好吧。