PCB设计中关于反射的那些事儿.doc

PCB设计中关于反射的那些事儿摘要:如何确保信号完整性?入门工程师告诉你:避免串扰和反射。专家工程师也告诉你:避免串扰和反射。反射在信号完整性中的地位毋庸置疑。市面上大部分的书籍都是从路的角度分析反射,让我们跟随这篇文章,敲开场的大门,探索反射的世界。最近高速先生粉丝(微信公众号:一博_看得懂的高速设计)增长很快,得益于各位朋友的大力推荐。其中有一位朋友推荐我们公众号时是这样说的“给大家分享一个公众号,这是我见过最无聊的公众号!一天到晚只说技术,真是弄不明白做硬件的人是怎么想的啊!哇哈哈哈哈哈哈哈哈”。对于这位朋友,高速先生只想说,您真是太(bu)有(hui)眼(xin)光(shang)啦(a)!好了,玩笑到这。高速先生出道以来,接到了大量朋友的提问,很大一部分问题几种在基础理论上。很明显大家都是有思考过的,对一些东西处于明白但又有点不明白的区间,还差一层窗户纸没有捅破。所以高速先生写出这样一篇文章,希望能帮助大家捅破这层窗户纸。基础理论篇幅较长,所以这一系列文章会分比较多期。开篇在国外能碰到许多二三十年工作经验的工程师,帮助他们沟通的工具不是PPT,不是仿真结果,不是测试结果,而是一张纸和一支笔。很佩服他们可以用一张纸一支笔给你勾绘出一个电路,一条波形,一种debug的方案。曾有一个老工程师告诉我,当你用场的角度去理解电路上的器件的时候,一切将会变得简单起来。什么叫场的角度理解分立器件?在这个世界里,容抗是Xc=1/(2πfC),感抗是XL=2πfL=ωL。这两个公式中的f与ω指的不是我们的信号频率,而是正弦波的频率与角频率。第二页:大家和SI工程师眼中的信号在这里,我们要感谢伟大的让˙巴普蒂斯˙约瑟夫˙傅立叶——简称傅立叶,对,就是发明傅立叶变化的那个人。所以在大家眼中看到的信号是这样的:而在一个SI工程师的眼中看到的信号是这样的:或者,这样的:当我们能将信号分解为一个一个正弦波来研究的时候,一切都变简单了,可以量化了。在正弦波的世界中只有频率f,幅度A,相位θ。第三页:正弦波变成了什么?现在,我们可以愉快的用场来看这个世界了。让我们来思考下面这个问题:一个1V的正弦波在某岔路口分成了两个大小相等的正弦波,两条路通向同一个终点,但是一条路长为L,另外一条路长度为L+X,在终点的时候,这个正弦波变成了什么?当两条岔路一样长时,:终点的信号和起点的信号没有区别。当一条路比另一条多二十分之一波长时:区别也十分小吧?高速先生在这里特别打上了mark点。大家可以看到,%。X更长,达到八分之一波长时:这时候,衰减已经不需要打mark点也可以看出来了。X再长一点,达到四分之一波长时:30%的能量不见了!直到,X达到波长一半的长度:好惨,完全阵亡。那么,这一期的问题是:为什么高速先生要举这个例子呢?好吧,这个问题也是个玩笑(首尾呼应)。这一系列的基础理论详解就不提问题了。奖品将在向我们提问的各位朋友中选出。我们下期分解。作者:陈德恒一博科技本文由一博科技自媒体“看得懂的高速设计”出品,欢迎关注我们微信公众号:“一博_看得懂的高速设计”。高速先生愿意与你随时随地交流技术问题。PCB设计中关于反射的那些事儿(2)——集总的世界大家知道,信号是以电磁波的形式传递的。波从一个介质入射到另一个介质时,会产生反射。同样的,当我们信号传输遇见阻抗不连续时,信号会产生反射。(关注技术自媒体微信公众号:一博_看得懂的高速设计)反射能量的强度跟阻抗比匹配的程度相关。在开路短路这种极端情况下,反射的幅值会和入射的幅值相等。由于反射的存在,即使我们的设计中通常不会出现前面例子中分叉之后再接到接收端的情况,还是会有大量相位不相等的谐波在我们传输线中传输。这些能量就会相互产生干扰,受干扰的程度跟反射的幅值和两个能量之间的相位差有关。从前面的例子中我们可以看到,当两个信号的相位差不到λ/20时,叠加后的影响是微乎其微的。大家通常将λ/20作为一个界限,当传输线长度小于λ/20时,我们用集总参数来考虑我们的电路。我们一直在说λ,那λ是什么?如果大家每次都想着λ=v*T=v/f的话,理解一些理论的时候肯定很绕,没法有个直观的反应。在这里大家需要再建立起一个概念,我们通常看到的波形是一个电压/时间的坐标轴,当我们把X轴的时间换成长度,在普通的FR4板材上,我们看到的大致是一个这样的图像:我们要在一条传输线上完成一个1GHz的正弦波,这条传输线大概需要6000mil。所以很多时候我们以为我们传输线上的波形是这样子的:但其实我们传输线上实际的波形可能是这样子的:或者是这样子的:可以看到其实他们的dv/dX是非常小的,这里用dX不用dt是因为传输线的总电容/电感是跟X有关的。我们都知道地球是圆的,可是身处我们的位置去看的话地球就是平的。同样的,在