PCB電路中的信號振鈴是如何發生的?

信號反射可能導致振鈴。 典型的信號振鈴如圖 1 所示。

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那麼信號振鈴是如何發生的呢?

如前所述,如果在信號傳輸過程中感覺到阻抗發生變化,就會發生信號反射。 這個信號可能是驅動器發出的信號,也可能是遠端反射回來的反射信號。 根據反射係數公式,當信號感覺阻抗變小時,就會發生負反射,反射的負電壓會導致信號下衝。 信號在驅動器和遠程負載之間多次反射,結果是信號振鈴。 大多數芯片的輸出阻抗很低。 如果輸出阻抗小於特性阻抗 PCB 如果沒有源端接,信號振鈴是不可避免的。

信號振鈴的過程可以用反彈圖來直觀的解釋。 假設驅動端的輸出阻抗為10歐姆,PCB走線的特徵阻抗為50歐姆(可以通過改變PCB走線的寬度、PCB走線與內部參考之間的電介質厚度來調整)平面),為分析方便,假設遠端為開路,即遠端阻抗無窮大。 驅動端傳輸3.3V電壓信號。 讓我們跟隨信號並穿過這條傳輸線一次,看看發生了什麼。 為了分析方便,忽略了傳輸線寄生電容和寄生電感的影響,只考慮了阻性負載。 圖2是反射示意圖。

第一次反射:信號從芯片發出,經過10歐輸出阻抗和50歐PCB特性阻抗後,實際加到PCB走線上的信號是A點電壓3.3*50/(10+50)=2.75五、傳輸到遠方B點,由於B點開路,阻抗無窮大,反射係數為1,即全部信號被反射,反射信號也是2.75V。 此時測得B點電壓為2.75+2.75=5.5V。

第二次反射:2.75V反射電壓返回A點,阻抗從50歐姆變為10歐姆,出現負反射,A點反射電壓為-1.83V,電壓到達B點,再次發生反射,反射電壓為-1.83V,此時測得B點電壓為5.5-1.83-1.83=1.84V。

第三次反射:B點反射的-1.83V電壓到達A點,再次出現負反射,反射電壓為1.22V。 當電壓到達B點時,再次發生規則反射,反射電壓為1.22V。 此時測得B點電壓為1.84+1.22+1.22=4.28V。

在這個循環中,反射電壓在A點和B點之間來回反彈,導致B點電壓不穩定。 觀察B點電壓:5.5V->1.84V->4.28V->……,可以看出B點電壓會上下波動,這就是信號振鈴。

PCB電路中的信號振鈴是如何發生的?

信號振鈴的根本原因是負反射造成的,罪魁禍首還是阻抗變化,又是阻抗! 在研究信號完整性問題時,請始終注意阻抗問題。

負載端信號振鈴會嚴重干擾信號接收,導致邏輯錯誤,必須減少或消除。 因此,必須對長傳輸線進行阻抗匹配端接。