信号完整性与电源完整性(5)

第8章传输线与反射

如果信号沿互连传播时收到的阻抗发生变化，则一部分信号将被反射，另一部份发生失真并继续传播下去，这一原理正是单一线网中多数信号完整性问题产生的主要原因。

由于阻抗突变而引起的反射和失真会使信号质量下降。一些情况下，表现得像是振铃。引起信号电平下降的夏虫可能会超过噪声容限，造成误触发。下图示例出短传输线末端由于阻抗突变而引起的反射噪声。

第一要保持互连的瞬时阻抗恒定，因此，制造阻抗可控的电路板变得更重要；

第二可以在传输线的终端进行阻抗匹配。无论如何高效地设计出一条均匀传输线，终端处的阻抗总会发生变化。这样，无论是否为受控阻抗，在终端的反射造成噪声传播就会引起振铃；

第三即使已经是可控阻抗互连和终端端接，布线的拓扑结构也会影响反射。当一条信号线分成两个分支时，阻抗就会突变。为了使阻抗的变化和反射噪声最小化，一个重要的策略就是维持一个线性的布线拓扑，线上不要有分支和桩线；

8.1 阻抗突变处的反射

信号沿传输线传播时，无论什么原因使瞬时阻抗发生了变化，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。将瞬时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时阻抗的变化量决定，如下图所示，如果第一个区域的瞬时阻抗为Z1,第二个区域的瞬时阻抗为Z2，则反射信号与入社信号的幅值之比为

8.2 为什么会有反射

为了减小信号由于瞬时阻抗改变而造成的反射问题，以下是该问题的4个重要的设计点

1. 使用可控阻抗互连；

2. 传输线两端至少有一个端接匹配；

3. 选择布线拓扑结构，使多分支的影响最小化；

4. 让几何结构的任何突变都最小化；

然而，到底是什么原因引起了反射？为什么信号遇到阻抗突变时会遇到反射？其原因如下：

8.3 阻性负载的反射

传输线的端接匹配有3种重要的特殊情况(假设传输线的特性阻抗是50Ω，信号由源端沿传输线到达有特殊终端阻抗的远端)

1. 传输线的终端为开路。

　则此时末端的瞬时阻抗是无穷大，这时反射系数为1(P=(无穷大-50)/(无穷大+50) = 1)。这意味着在开路端将产生与入射波大小相同但方向相反的返回源端的反射波。如果观察传输线的末端，就会看到它是两个波的叠加。幅度为1V的入射波向开路端传播，另一个是幅度为1V的反射波，沿着相反的方向传播，该开路端的电压即为叠加的2V。