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PCB中的信號(hào)反射
印刷電路板（PCB）一直是科學(xué)家和工程師關(guān)注的焦點(diǎn)，他們提出了有關(guān)如何提高最終電子產(chǎn)品質(zhì)量的新穎想法。由于PCB在任何電子產(chǎn)品或設(shè)備的功能和性能中都起著關(guān)鍵作用，因此，完美設(shè)計(jì)的PCB布局非常重要。設(shè)計(jì)工程師在設(shè)計(jì)PCB布局時(shí)必須考慮許多因素，而這些因素是由最終產(chǎn)品的要求決定的。
如PCB的層數(shù)，PCB的尺寸和尺寸，要焊接在PCB上的電子組件的數(shù)量，組件的類型，布線技術(shù)以及許多其他PCB設(shè)計(jì)因素。其中最重要的方面之一是“阻抗匹配”。用于射頻或微波電子等高頻應(yīng)用的電子產(chǎn)品專用的PCB，那么PCB布局設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的部分是控制電路的阻抗。
什么是信號(hào)反射？
我們熟悉反射現(xiàn)象，即當(dāng)光線入射到反射鏡上時(shí)，光線會(huì)從反射鏡表面反射。另一個(gè)例子是水，當(dāng)光進(jìn)入水中時(shí)，一些光被折射而一些光被反射。電信號(hào)也有同樣的現(xiàn)象。信號(hào)反射是信號(hào)源將信號(hào)跡線中的電信號(hào)傳輸?shù)浇邮掌?span>/接收器，信號(hào)的某些部分從接收器/接收器反射回源的現(xiàn)象。該反射信號(hào)會(huì)導(dǎo)致信號(hào)失真和電路振蕩。
為什么信號(hào)被反射..？
信號(hào)從接收器反射到發(fā)送器的原因是由于信號(hào)走線的特征阻抗不連續(xù)而引起的瞬態(tài)阻抗。如果從源或發(fā)射器到接收器或接收器的特性阻抗是一致的，則不會(huì)有信號(hào)反射。信號(hào)走線的特征阻抗不連續(xù)可能是由于信號(hào)走線的寬度，厚度，走線與相應(yīng)參考平面之間的距離以及PCB基板材料的介電常數(shù)的變化所引起的。
信號(hào)反射的影響：
振蕩：
幸運(yùn)的是，從接收器反射的信號(hào)的強(qiáng)度總是小于主信號(hào)，因此反射的信號(hào)再次被發(fā)送，然后再次以較小的強(qiáng)度被反射，因此，這種信號(hào)被緩慢減小，但會(huì)引起暫時(shí)的振蕩。
超調(diào)和下調(diào)：
如果信號(hào)發(fā)送和接收之間的延遲時(shí)間短且信號(hào)發(fā)送速度更快，并且如果未給定上一個(gè)反射信號(hào)的時(shí)間/延遲減小而下一個(gè)信號(hào)被發(fā)送，則這將導(dǎo)致信號(hào)“峰值”累積并會(huì)導(dǎo)致反射信號(hào)過(guò)沖，從而使電路完全失效。同樣，如果累積了“谷”信號(hào)，則會(huì)導(dǎo)致反射信號(hào)下沖，從而削弱主信號(hào)，從而導(dǎo)致時(shí)鐘錯(cuò)誤或?qū)?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)線（如SDI，SDO，SCLK等）的誤解。信號(hào)結(jié)束。
信號(hào)失真：
如果來(lái)自接收器端的反射信號(hào)足夠強(qiáng)，則它們可能會(huì)改變數(shù)字電路的邏輯狀態(tài)，因此電路將以意想不到的方式工作。失真的信號(hào)對(duì)噪聲敏感。
信號(hào)反射如何計(jì)算？
從A到B的特征阻抗是連續(xù)的，但從點(diǎn)B到信號(hào)跡線的阻抗發(fā)生了變化，因此改變了向前傳輸?shù)碾妷?span>Vo和電流Io 。從A到B的特性阻抗為Zi，而從B點(diǎn)的特性阻抗為Zo。將圖片保持在上方，對(duì)于B點(diǎn)從左看，我們可以使用歐姆定律寫為
現(xiàn)在從右看B點(diǎn)，線阻抗現(xiàn)在為Zo，那么我們可以寫為Vo
現(xiàn)在有兩種情況
情況1：阻抗不連續(xù)且Zi = Zo
在這種情況下，如果Zi = Zo，則我們簡(jiǎn)單地得出Vo = Vi，意味著傳輸?shù)碾妷号c入射電壓Vi相同，并且沒(méi)有信號(hào)被反射。
情況2：間斷阻抗Zi ≠ Zo
現(xiàn)在，由于信號(hào)跡線的不連續(xù)阻抗不連續(xù)，入射信號(hào)并未完全向前傳輸。因此，入射信號(hào)的某些部分被反射回“ Vr”。
因此我們可以寫
現(xiàn)在，由于反射電流沿相反方向流動(dòng)，因此它將減去入射電流，因此
反射信號(hào)沿著阻抗為Zi的信號(hào)走線部分傳播，因此我們可以使用歐姆定律
將等式1、2和5放在3中，我們得到
但
因此
要么
該具有阻抗的項(xiàng)稱為反射系數(shù)“ Rc”。
Rc的值可以從-1到1。但是理想情況下Rc應(yīng)該為零
減少信號(hào)反射的方法
可以降低信號(hào)的傳輸速率或速度，以使反射信號(hào)的振蕩最小化并穩(wěn)定電路的信號(hào)走線
的印刷電路板厚度相對(duì)保持為低，以便減小寄生電容
通過(guò)仔細(xì)布置多層HDI PCB中的層數(shù)來(lái)縮短信號(hào)傳輸走線的長(zhǎng)度。這樣可以有效降低寄生電感，減少信號(hào)之間的串?dāng)_
信號(hào)走線的匝數(shù)或彎曲數(shù)應(yīng)保持盡可能低。信號(hào)線應(yīng)該在一條直線，但如果彎曲是必要的，然后彎曲弧度應(yīng)在45 ?。這有助于減少EMI輻射
將所有重要信號(hào)線布設(shè)在同一平面上，以最大程度地減少不必要的通孔。
分開的接地層和電源層應(yīng)用于分開的穩(wěn)壓電源，以降低多電源電路系統(tǒng)中的噪聲。這將增強(qiáng)信號(hào)完整性。
應(yīng)用正確的路由拓?fù)?span>
路由拓?fù)洌?span>
并行拓?fù)洌?span>
在這種結(jié)構(gòu)布置中，源同時(shí)將信號(hào)饋送到多個(gè)接收器或接收器。所有以并聯(lián)或星形連接的節(jié)點(diǎn)/接收器均與源同步。但是，每個(gè)節(jié)點(diǎn)/分支都需要單獨(dú)的終端電阻，并且必須與特性阻抗兼容。
系列拓?fù)洌?span>
這里，一個(gè)發(fā)射器或源以菊花鏈或串聯(lián)方式連接，一個(gè)的輸出或輸出連接到另一個(gè)的輸入。可以在驅(qū)動(dòng)/發(fā)送/源極附近放置一個(gè)簡(jiǎn)單的串聯(lián)電阻，以使接收器側(cè)的阻抗與特性阻抗兼容。菊花鏈的分支長(zhǎng)度應(yīng)盡可能短。但是，在不同接收端接收的信號(hào)與主發(fā)送器不同步。
信號(hào)走線終止：
有兩種方法可以終止信號(hào)跟蹤。