快点PCB原创∣聚焦SI问题之过冲、下冲、振铃

上一篇快点PCB大神水一般的男子（行业沉淀20余年，前华为研发部技术高管）讲到了传输线反射的基础理论，也讲到了特征阻抗不匹配情况下的反射系数。

在实际的电路中，阻抗不匹配点无处不在，传输线也远不是理论上的那么理想。因此，信号在互连链路传输是会出现多次反射的现象，在信号波形上的表现形式就是：上冲/下冲/振铃 等。

1.信号的过冲、下冲、振铃波形

过冲、下冲信号出现在数字信号波形的上升沿、下降沿位置，如下图所示：

图1 数字信号的过冲/下冲波形

“过驱动（Over-driven）传输线”情况下，也就是当传输线阻抗大于源端阻抗时，反射系数是负的，将会产生振铃效应，如下图所示：

图2 数字信号的振铃波形

SI仿真分析软件可以实现电路互连链路的建模及信号波形的仿真输出，当然仿真模型与实际链路的相似度有多少、是决定仿真结果与实际测试结果符合度的关键。

关于传输线多次反射的理论知识可以参考本文档下一节。

2 传输线多重反射

当一个信号在传输线末端由于阻抗不连续而被反射，信号的一部分能量将会反射回源端。当反射信号到达源端时，如果源端阻抗不等于传输线阻抗、则另一个反射又将产生。

因此，如果传输线的两端都阻抗不连续的话，信号将会在驱动源端和接收端之间来回多次反射，在DC情况下、信号反射最终会达到一个稳态，也就是我们最终仿真或者测试得到的信号波形。

例如，下图是个举例对于几个TD的时间间隔（TD是传输线从源到负载的时间延迟）。

当源端输出为Vs，传输线上的电压为Vi，那么Vi=VsZ0/(Z0+Rs)。

当 t=TD，负载Rt上的电压为Vi，这时幅度为ρBVi的反射产生了，并且加到了Vi上，那么负载Rt上的电压就成为Vi＋ρBVi（ρB是看向负载的反射系数）。

波形的反射部分ρBVi又返回源端，在t=2TD时，在源产生ρAρBVi（ρA是源端反射系数）。这时源端的电压就为Vi＋ρBVi＋ρAρBVi，反射和逆反射一直持续到传输线电压接近稳态DC值。由此可以看到，如果传输线不匹配的话，反射可能会持续比较长的时间，并且可能会有严重的时序冲突。

图3 传输线反射举例

推荐用点阵图（Lattice Diagram）来预估反射的影响。点阵图（有时也叫反弹图bounce diagram）这个技术可以用来计算带有线性负载的传输线多反射。下图是一个点阵图举例。

左右两条竖线代表传输线终端的源和负载，竖线之间的斜线代表信号在源和负载之间的来回反射。图上由上到下代表逐渐增加的时间，注意时间的增量等于传输线的延迟，也要注意图的上部竖线上作了反射系数的标记。这些反射系数代表传输线和负载之间的反射（从线上看向负载）和看向源的反射系数。小写字母表示线上的反射信号幅度，大写字母表示源端的电压，大写字母加一撇表示负载端电压。

图4 点阵图用于计算传输线多次反射举例

例子1：Multiple Reflections for an Under-driven Transmission Line，欠驱动传输线多次反射。

例子2：Multiple Reflections for an Overdriven Transmission Line，过驱动传输线多次反射

例子3：Lattice diagram of transmission line system with multiple line impedances，多种传输线阻抗

板儿妹温馨提示：下一周快点PCB大神水一般的男子将继续解答SI问题之串扰，敬请围观，嘻嘻。