反射的影響,形成機理及設計對策

2021-06-13 08:52:10 字數 1911 閱讀 5384

按照傳輸線理論,如何源端與負載端具有相同的阻抗,反射就不會發生,如果二者阻抗不匹配就會引起反射。

反射形成原因:訊號沿傳輸線傳播時,其路徑上的每一步都有相應的瞬態阻抗,無論是什麼原因導致了瞬態阻抗發生變化,訊號將產生反射現象,瞬態阻抗變化越大,反射越大。

訊號到達瞬態阻抗不同的兩個局域的交接麵時,在導體中只存在乙個電壓和乙個電流迴路,交介面的電壓和電流一定連續。歐姆定律知,當交介面的阻抗不同時,上句中的關係不可能同時成立,這就說明在交介面上必然有反射回傳送端的電壓,以平衡交介面兩端部匹配的電壓和電流。

1.佈線的幾何形狀;

2.不正確的線端連線;

3.經過聯結器;

4.電源平面部連續。

反射對訊號的影響

1.反射的結果對模擬正弦訊號形成駐波。

2.對數碼訊號表現為上公升沿、下降沿的振鈴、過衝和欠衝。

過衝和欠衝**於走線過長或者訊號切換速度太快兩方面的原因。正確的終端、pcb設計、ic封裝都可以一直過衝和欠衝。雖然大多數元件的接收端都有輸入保護二極體,但有時這些過衝電平會遠遠超出元件電源電壓範圍,不但可以形成強烈的電池干擾,也會對后級輸入電路的保護二極體造成損壞甚至失效。

解決辦法:通過給傳輸線端接匹配電阻來實現。終端匹配不僅使走線阻抗匹配,並且可以消除或減少衰減振盪以及反射現象。

1.併聯終端匹配

當走線終端有分布負載,有快速時鐘脈衝的匯流排或點對點的網路是,併聯終端是最佳選擇。併聯終端匹配是最簡單的終端匹配技術:通過乙個電阻r將傳輸線的末端接到地或者接到vcc上。電阻r的值必須同傳輸線的特性阻抗z0匹配,以消除訊號的反射。如果r同傳輸線的特徵阻抗z0匹配,不論匹配電壓的值如何,終端匹配電阻將吸收形成訊號反射的能量。終端匹配到vcc可以提搞驅動器的源的驅動能力,而終端匹配到地則可以提高電流的吸收能力。

2.串聯終端匹配

當在走線終端有集中負載或單一元件時,串聯終端是最佳選擇。串聯終端匹配技術在驅動器的輸出端和訊號線之間串聯乙個電阻。驅動器輸出阻抗r0以及電阻r的值必須和訊號線的特徵阻抗z0匹配。對於這種終端匹配技術,由於訊號會在傳輸線、串聯匹配電阻以及驅動器的阻抗之間實現訊號電壓的分配,因而加在訊號線上的電壓實際只有一半的訊號電壓。

3.戴維南終端匹配

戴維南終端匹配技術採用2個電阻來實現終端匹配,r1和r2的併聯組合要求同訊號線的特徵阻抗z0匹配。r1的作用是幫助驅動器更加容易地到達邏輯低狀態,這通過r2向地釋放電流來實現。戴維南終端匹配技術的優勢在於在這種匹配方式下,終端匹配電阻同時還作為上拉電阻和下拉電阻來使用,因為提高的系統的雜訊容限。戴維南終端匹配技術同樣通過向負責提供額外的電流從而有效地減輕了驅動器的負擔,另外這種終端匹配技術還能有效的抑制訊號過衝。

4.ac終端匹配

ac阻抗匹配技術也稱之為rc終端匹配技術,有乙個電阻r和乙個電容c組成,電阻r和電容c連線在傳輸線負載一端。電阻r的值必須同傳輸線的特徵阻抗z0的值匹配才能消除訊號的反射,電容值一般取值很小,為20-600pf。rc網路終端可以在分布負載機匯流排佈線中使用,可全吸收傳送波而消除放射,而且具有低的直流功率損耗。但rc網路終端會使非處高速的訊號速率降低,另外由於特殊的rc網路的時間引數,可能會引起反射,故在高頻,快速上公升的訊號應用中要多加考慮。

5.肖特基二極體終端匹配

二極體網路終端用於查分或成對網路的情況中。兩個二極體常用於提供低功耗時限制走線的過衝。因為二極體不影響走線阻抗或吸收反射,這種二極體網路終端的主要在於大電流反射,這種電流可以傳輸到地平面中,增加電磁干擾,故對訊號的頻率響應不好,二極體會發生抖動。在選擇元器件引數時要兼顧線條阻抗、消除抖動、時鐘訊號延遲和邊沿速率的關係。

名詞解釋:

1.過衝:指訊號跳變的第乙個峰值(或谷值)超過規定值,對於上公升沿指最高電壓,對於下降沿指最低電壓。

3.反射:訊號在傳輸線上的回波現象。

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