【文章內(nèi)容簡介】 傳輸線的最大長度約為 6in/ns =。 所以為了避免反射 ， 沒有終端端接時的傳輸線的最大長度大約為： RTL en ?m axLenmax表示沒有終端端接的傳輸線最大長度 ， 單位為 in； RT表示信號上升時間 ， 單位為 ns。 第五章 傳輸線與反射 43 傳輸線多長時需要端接匹配 在 FR4中沒有終端端接的傳輸線最大長度的英寸值等于信號上升時間的納秒值。 ? 若時鐘頻率是 10MHz， 時鐘周期是 100ns， 如果上升時間約為 10ns， 那么沒有終端端接時傳輸線最大長度為 10in。 ? 當信號上升時間變?yōu)?， 為了避免振鈴噪聲造成大的影響 ， 沒有終端端接時傳輸線的最大長度大約為 ()！ ? 幾乎所有互連線的長度都大于這個值 。 所以對于目前和未來的所有產(chǎn)品 ， 端接策略是 必須 的 。 第五章 傳輸線與反射 44 點到點拓撲通用源端端接策略 振鈴是由源端和遠端的阻抗突變 、 兩端之間不斷往復(fù)多次反射引起的 。 所以 ， 至少在一端消除反射 ， 就可以減小振鈴噪聲 。 控制傳輸線一端或兩端的阻抗 ， 從而減小反射的方法稱為傳輸線的端接 。 典型的方法是在重要位置上放置一個或多個電阻 。 一個驅(qū)動器驅(qū)動一個接收器的情況稱為點對點的拓撲結(jié)構(gòu) 。 下圖示例了端接點對點拓撲結(jié)構(gòu)的四種方法 。最常用的方法是將電阻串聯(lián)在驅(qū)動器端 ， 這稱為 源端串聯(lián)端接 。 端接電阻與驅(qū)動器內(nèi)阻之和應(yīng)等于傳輸線的特性阻抗 。 第五章 傳輸線與反射 45 點到點拓撲通用源端端接策略 點對點拓撲結(jié)構(gòu)四種常用端接，第一種源端最常用。 第五章 傳輸線與反射 46 點到點拓撲通用源端端接策略 如果驅(qū)動器內(nèi)阻為 10W， 傳輸線特性阻抗是 50W，那 么端接電阻大約為 40W。 驅(qū)動器產(chǎn)生 1V信號遇到 50W電阻和 50W傳輸線的分壓器 ， 這樣 ， 到達傳輸線 。 ， 往源端看進去的阻抗就是 40W串聯(lián)電阻加上 10W內(nèi)阻 ，即 50W， 不會產(chǎn)生反射 ， 被完全吸收 。 這時在遠端看到的是 1V信號而沒有反射 。 下圖給出了當有和沒有 40W源端串聯(lián)端接時 ， 傳輸線遠端的波形 。 第五章 傳輸線與反射 47 點到點拓撲通用源端端接策略 傳輸線分別有和沒有源端串聯(lián)端接電阻時，其遠端的快速上升邊的電壓信號。 第五章 傳輸線與反射 48 點到點拓撲通用源端端接策略 在源端 ， 必須等待反射波的到來 ， 等待的時間等于往返時間 ， 所以串聯(lián)電阻之后的源端電壓將形成臺階形狀 。 相對于信號上升時間 ， 往返時延越長 ， 臺階形狀就持續(xù)的越長 。 下圖給出了源端測得的電壓 。 只要在源端附近沒有別的接收器接收到該臺階形狀 ， 就不會引發(fā)問題 。 否則就要使用其它拓撲結(jié)構(gòu)和終端端接方案 。 第五章 傳輸線與反射 49 點到點拓撲通用源端端接策略 ? 下例中 ， 都假設(shè)源阻抗已經(jīng)與傳輸線的特性阻抗 50W相匹配 。 末端是直接提升 ， 在源端反而是臺階提升 ！ 傳輸線具有源端 40W串聯(lián)電阻，隨著線長度的增加，在源端測得的 100MHz時鐘信號。信號上升時間為 。 第五章 傳輸線與反射 50 短串接傳輸線的反射 電路板上線條常常要通過過孔區(qū)域 （ 過孔就是傳輸中的瓶頸 ） ， 或是要在元件密集區(qū)域布線 。 此時線寬必然變窄 ， 特性阻抗變大 。 短傳輸線對信號影響的三個特性是 （ 兩外因： 長度 、 寬度 ， 一內(nèi)因： 信號的上升時間 ） ： ① 突變段引起的時延 （ TD， 長度 ） ； ② 突變段的特性阻抗 （ Z0， 寬度 ） ； ③ 信號的上升時間 （ RT， 上升邊 ） 。 如果時延大于上升時間 ， 從電氣上講突變段就較長 ， 反射系數(shù)將很大 ， 反射系數(shù)的作用就很明顯 。 第五章 傳輸線與反射 51 短串接傳輸線的反射 如果線條的形狀造成阻抗從 50W變?yōu)?75W， 反射系數(shù)將為 。 下圖給出了一些較長的傳輸線長的突變造成的反射信號和傳輸信號 。 在傳輸線電路中，有一段電氣上較長且均勻的突變。當突變的阻抗變化時，傳輸線上的反射信號和傳輸信號（長串接阻抗變化單因素圖） 。 第五章 傳輸線與反射 52 短串接傳輸線的反射 阻抗突變引起了信號來回振蕩 ， 從而形成了反射噪聲 。 這就是要設(shè)計均勻特性阻抗互連線的原因 。 為了保持反射噪聲低于電壓擺幅 5% ，就需要保證特性阻抗的變化率小于 10%， 這就是為什么電路板上阻抗的典型指標為 177。 10%！ 第五章 傳輸線與反射 53 短串接傳輸線的反射 一段短且均勻的突變。當突變段的時延從信號上升時間的 0%上升到 40%時，傳輸線上的反射信號和傳輸信號。 第五章 傳輸線與反射 54 短串接傳輸線的反射 ? 在中間插入一段異變傳輸線時 ， 不管在第一個界面處發(fā)生的反射如何 ， 它總是在與第二個界面處發(fā)生的反射大小相等 ， 方向相反 ， 因為 Z1和 Z2值互換了 。 這樣 ， 如果突變段長度很短 ， 來自兩端的反射就可以互相抵消 ， 對信號完整性的影響就可以忽略 。 如上圖所示 。 如果突變段的時延小于信號上升時間 20%， 它就不會造成問題 。 得到相同的經(jīng)驗法則 ， 可允許的阻抗突變最大長度為： RTL en ?m ax 如果突變段的時延小于信號上升時間 20%， 突變對信號質(zhì)量造成的影響可以忽略 。 經(jīng)驗法則：突變段的長度 （ in） 應(yīng)小于信號上升時間 （ ns） 。 例如信號上升時間為 ， 則長度小于 ()的連線就不會產(chǎn)生信號完整性問題 。 第五章 傳輸線與反射 55 短樁線傳輸線的反射 傳輸線中常常加上分支使信號到達多個輸出端 。如果分支很短 ， 稱為樁線 （ stubs） 。 因為所有的反射都必須考慮 ， 所以樁線的影響很復(fù)雜 。 信號離開驅(qū)動器后 ， 遇到了分支點 。 這時信號遇到的是兩段傳輸線的并聯(lián)阻抗 ， 此阻抗較低 ， 所以產(chǎn)生的負反射將回到源端 。 另一部分信號將沿兩個分支繼續(xù)傳播 。 當樁線上的信號到達樁線末端時 ， 它將反射回分支點 。 然后 ， 再從分支點反射到樁線末端 ， 就這樣在樁線上來回振蕩 。 同時 ，每當與分支點發(fā)生交互時 ， 樁線中的部分信號將回到源端和遠端 。 每個交界處都是一個反射點 。 第五章 傳輸線與反射 56 短樁線傳輸線的反射 ? 決定樁線對信號影響程度的兩個重要因素是 信號上升時間和樁線的長度 。 假設(shè)樁線位于傳輸線的中間 ， 并且其特性阻抗和主線的相同 。 圖給出了當樁線長度從上升時間 20%到 60%時 ， 仿真得到的反射信號和傳輸信號 。 傳輸線電路中間有短樁線，而且樁線時延從信號上升時間 20%到 60%時，傳輸線上的反射信號和傳輸信號。 第五章 傳輸線與反射 57 短樁線傳輸線的反射 一個大致的經(jīng)驗法則：如果樁線長度小于信號上升邊的空間延伸 20%， 其影響可以忽略 。 否則它對信號質(zhì)量就會有很大的影響 ， 這時必須通過仿真來估計它是否可以接受 。 例如 ， 如果驅(qū)動器的上升時間是 1ns， 則可以使用時延小于 ， 其長度大約為 1in。 又得到一個經(jīng)驗法則： RTL s tu b ?m axLstubmax表示樁線可允許的最大長度，單位為 in； RT表示信號上升時間，單位為 ns。 第五章 傳輸線與反射 58 容性終端負載的反射 實際接收器有門輸入電容 （ 約為 2pF） ， 另外接收器封裝引線與返回路徑間約有 1pF電容 ，如果傳輸線末端排列三個存儲器件 ， 則負載可能為 10pF。 信號沿傳輸線到達末端理想電容時 ， 決定反射系數(shù)的瞬態(tài)阻抗將隨時間變化：時域中電容的阻抗為： dtdVCVZ ?第五章 傳輸線與反射 59 容性終端負載的反射 如果信號上升時間小于電容的充電時間常數(shù) ， 那么最初電容器兩端的電壓將迅速上升 ， 這時阻抗很小 。 隨著電容器充電 ， 電容器兩端的電壓變化率 dV/dt緩慢下降 ， 這時電容器阻抗明顯增大 。 如果時間足夠長 ， 電容器充電達到飽和 ， 那么電容器就相當于開路 。 因此反射系數(shù)隨時間變化 。 反射信號 先下跌再上升 到開路情形 （ 相當于近于短路 ， 凹下去 ， 最終相當于開路 ） 這個精確波形是由傳輸線特性阻抗 、 電容器電容量和信號上升時間決定 。 dtdVCVZ ?第五章 傳輸線與反射 60 容性終端負載的反射 下圖給出了電容器分別為 2pF、 5pF和 10pF時 ， 仿真得到的反射信號和傳輸信號的波形 。 對于上升時間為 ，當傳輸線電路遠端容性負載的電容量分別為 2pF、 5pF和 10pF時，傳輸線上的反射信號和傳輸信號。 第五章 傳輸線與反射 61 容性終端負載的反射 傳輸電壓模式的長期效果就像是通過電阻向電容器充電 。 電容器對信號上升沿進行濾波 ， 對接收端信號來說 ， 它就相當于一個 “ 時延累加器 ” 。 與 RC電路充電方式非常相似 ， 而 RC電路中電容器兩端的電壓隨時間常數(shù)的指數(shù)增加 ， 根據(jù)這一關(guān)系 ， 可以估計出新信號升至幅度中間值的時延增加量 ， 即時延累加 。 這時的時間常數(shù)為： 10%~90%的上升時間與時間常數(shù)的關(guān)系為： RCe ??RC2222 90109010 .. ?? ?? ??第五章 傳輸線與反射 62 容性終端負載的反射 ? 在帶容性負載的傳輸線末端 ， 電壓的變化就是對 RC的充電過程 ， 其中 C是負載的電容 ， R即傳輸線的特性阻抗 Z0， 則 ? 如果傳輸線的特性阻抗為 50W， 電容為 10pF， 則 1090充電時間約為 。 如果初始信號的上升時間小于， 則傳輸線末端的容性負載將占主導地位并決定接收端的上升時間 。 如果初始信號的上升時間大于 1090充電時間 ， 該末端電容將使信號的上升時間累加上1090充電時間 。