高速信号反射分析模型

[09-12 11:24:12]   来源:http://www.88dzw.com  电路基础   阅读:8367

文章摘要:建立如图所示的高速信号反射分析模型,Vs为驱动器的源电压;Zs为等效源内阻;ZL为等效负载电阻;信号传输路径为特性阻抗为Zo的微带传输线。源的实际输出电压为Vinc,若负载阻抗ZL=ZO,则入射电压Vinc全部到达负载不会被反射;否则,当入射波到达负载时,一部分电压将被反射回来,并在传输路径上和入射电压叠加。但入射电压和反射电压互不干扰的独自传输,当反射电压到达源端时,若源内阻ZS和传输线特性阻抗不匹配,将会产生第二次反射,这样,信号就会在源端和负载端之间来回形成多次反射即反弹,直到到达稳态。图1 高速系统反射分析模型通常门电路的输入阻抗很大,在此假设传输线末端开路,即负载ZL为无穷大;传输线

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  建立如图所示的高速信号反射分析模型,Vs为驱动器的源电压;Zs为等效源内阻;ZL为等效负载电阻;信号传输路径为特性阻抗为Zo的微带传输线。源的实际输出电压为Vinc,若负载阻抗ZL=ZO,则入射电压Vinc全部到达负载不会被反射;否则,当入射波到达负载时,一部分电压将被反射回来,并在传输路径上和入射电压叠加。但入射电压和反射电压互不干扰的独自传输,当反射电压到达源端时,若源内阻ZS和传输线特性阻抗不匹配,将会产生第二次反射,这样,信号就会在源端和负载端之间来回形成多次反射即反弹,直到到达稳态。

高速系统反射分析模型

  图1 高速系统反射分析模型

  通常门电路的输入阻抗很大,在此假设传输线末端开路,即负载ZL为无穷大;传输线特性阻抗为50Ω;时延为1 ns:驱动源信号Vs上升沿为0.1 ns;电压为3 V的阶跃波形;源内阻为25Ω;接收端的波形应该如何?

  首先,信号在传输线的始端感受到的瞬态阻抗为50Ω,则源的实际输出电压满足如下分压关系:

  这个2V的信号经过1 ns后到达末端,在末端发生第一次反射,反射系数为

  于是产生2V的反射信号返回源端,而末端电压为入射信号和反射信号电压之和,即4V。

  再过1 ns,2V的反射信号到达源端,又一次遇到阻抗突变,反射系数为

  此时发生第二次反射,产生-o.61 V的反射电压到远端,再反射,如此下去,直到稳定,通常采用反弹图来手工计算多次反射,如图2所示。

反弹图

  图2 反弹图

  用信号完整性分析工具“Hyperlynx”对上述电路进行仿真,仿真电路原理如图3所示,得到的源输出电压及末端负载电压波形如图4所示。可以看出:首先,远端的电压最终逼近源电压3 V,因为末端是开路的;其次,末端电压有时大于源电压,有时小于源电压,出现振铃现象,这往往会给系统带来危害,过分的过冲会损坏器件,欠冲则会使电路逻辑长期处于不确定状态,可能导致误判。

反射模型Hyperlynx电路原理图

  图3 反射模型Hyperlynx电路原理图

仿真结果

  图4 仿真结果

  但是,并不是所有的反射都会引起振铃,反射会因源内阻、负载阻抗、路径延迟和波形上升时间等的不同给系统带来不同程度的影响。如果上面的其他参数保持不变,源内阻发生变化时末端的电压波形会有怎样的表现呢?

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