一.引言 在微机系统中，接口与其它设备之间的连接要通过一定长度的电缆来实现，在计算机内部，印制电路板之间需要通过焊接线来连接。在一些其它的脉冲数字电路中也存在这类事的问题。脉冲信号包含着很多的高频成分，即使脉冲信号本身的重复频率并不十分高，但如果前沿陡峭，在经过传输通道时，将可能发生信号的畸变，严重时将形成振荡，破坏信号的正常传输和电路的正常工作。脉冲信号的频率越高，传输线的长度越长，即便问题越严重。 二.传输线的反射干扰及其造成的危害 任何信号的传输线，对一定频率的信号来说，都存在着一定的非纯电阻性的波阻抗，其数值与集成电路的输出阻抗和输入阻抗的数值各不相同，在他们相互连接时，势必存在着一些阻抗的不连续点。当信号通过这些不连续点时便发生“反射”现象，造成波形畸变，产生反射噪声。另外，较长的传输线必然存在着较大的分布电容和杂散电感，信号传输时将有一个延迟，信号频率越高，延迟越明显，造成的反射越严重，信号波形产生的畸变也就越厉害。这就是所谓的“长线传输的反射干扰”。图1是为了演示这种“长线反射”的实验电路，图2是该电路的各点输出波形。图2(a)是脉冲信号发生器的输出波形，图2(b)是“与非门1”的输出再不连接电缆时的波形，可以看到，该波形同a的输入信号一样，是没有任何畸变的1MHz反向方波。图2(c)是在接入场传输线后门1点波形，可见该波形出现了“振荡”和“台阶”；在传输线的终端，信号不仅有“振荡”，还出现了幅度高达-6V左右的“过冲”图2(d)。实验进一步证明，传输线越长，信号的畸变越严重，当传输线达到10m时，信号波形已面目全非了。 对于TTL器件来说，“过冲”超过6V时，对器件输入端的P-N结就有造成损坏的可能。同时从+3V～-6V的大幅度下降，将会对邻近的平行信号产生严重的串扰，且台阶将造成不必要的延时，给工作电路造成不良的后果。一旦形成震荡，危害就更严重，这种振荡信号将在信号的始端和终端同时直接构成信号噪声，从而形成有效的干扰。 三.信号传输线的主要特性及阻抗匹配 1.信号传输线的特征阻抗 对于计算机及数字系统来说，经常使用的信号传输线主要有单线（含接连线和印制线等）、双绞线、带状平行电缆、同轴电缆和双绞屏蔽电缆等。传输线的特性参数很多，与传输线的反射干扰有关的参数主要有延迟时间和波阻抗。一般说来，反显得信号延迟时间最短，同轴电缆较长，双绞线居中，约为6ns/m。波阻抗为单线最高，约为数百欧，双绞线的波阻抗，双绞线的波阻抗一般在100Ω-200Ω之间，且绞花越短，波阻抗越低。从抗干扰的角度讲，同轴电缆最好，双绞线次之，而带状电缆和单线最差。 2.阻抗的匹配 当传输线终端不匹配时，信号被反射，反射波达到始端时，如始端不匹配，同样产生反射，这就发生了信号在传输线上多次往返反射的情况，产生严重的反射干扰。因此要尽可能做到始端和终端的阻抗匹配，是抑制反射干扰的有效途径。为此，确定“长线”的最佳长度是至关重要的。 在实际实践中，一般以公式的经验来决定实际电路信号传输线的最大允许不匹配长度（也即“长线”界限）。其中，为电路转换边沿的平均宽度，对于常用的中速TTL电路，取15ns，为传输线
信号完整性：信号反射 时间:2009-04-17 21:12来源:未知作者:于博士点击: 12021次 信号沿传输线向前传播时，每时每刻都会感受到一个瞬态阻抗，这个阻抗可能是传输线本身的，也可能是中途或末端其他元件的。对于信号来说，它不会区分到底是什么，信号所感受到的只有阻抗。如果信号感受到的阻抗是恒定的，那么他就会正常向前传播，只要感受到的阻抗发生变化，不论是什么引起的（可能是中途遇到的电阻，电容，电感，过孔，PCB转角，接插件），信号都会发生反射。 那么有多少被反射回传输线的起点？衡量信号反射量的重要指标是反射系数，表示反射电压和原传输信号电压的比值。反射系数定义为：。 其中：为变化前的阻抗，为变化后的阻抗。假设PCB线条的特性阻抗为50欧姆，传输过程中遇到一个100欧姆的贴片电阻，暂时不考虑寄生电容电感 的影响，把电阻看成理想的纯电阻，那么反射系数为：，信号 有1/3被反射回源端。如果传输信号的电压是3.3V电压，反射电压就是1.1V。 纯电阻性负载的反射是研究反射现象的基础，阻性负载的变化无非是以下四种情况：阻抗增加有限值、减小有限值、开路（阻抗变为无穷大）、短路（阻抗突然变为0）。 阻抗增加有限值： 反射电压上面的例子已经计算过了。这时，信号反射点处就会有两个电压成分，一部分是从源端传来的3.3V电压，另一部分是在反射电压1.1V，那么反射点处的电压为二者之和，即4.4V。 阻抗减小有限值： 仍按上面的例子，PCB线条的特性阻抗为50欧姆，如果遇到的电阻是30欧姆，则反射系数为，反射系数为负值，说明反射电压为负电 压，值为。此时反射点电压为3.3V+（-0.825V）=2.475V。 开路： 开路相当于阻抗无穷大，反射系数按公式计算为1。即反射电压3.3V。反射点处电压为6.6V。可见，在这种极端情况下，反射点处电压翻倍了。 短路： 短路时阻抗为0，电压一定为0。按公式计算反射系数为-1，说明反射电压为-3.3V，因此反射点电压为0。 计算非常简单，重要的是必须知道，由于反射现象的存在，信号传播路径中阻抗发生变化的点，其电压不再是原来传输的电压。这种反射电压会改变信号的
20XX年高中测试 高 中 试 题 试 卷 科目： 年级： 考点： 监考老师： 日期：
第三章动物稳态维持的生理基础 第一、二节神经冲动的产生和传导反射活动的基本原理 1．(20XX·徐州模拟)在用脊蛙(去除脑保留脊髓的蛙)进行反射弧分析的实验中，破坏缩腿反射弧在左后肢的部分结构，观察双侧后肢对刺激的收缩反应，结果如下表： 上述结果表明，反射弧的被破坏部分可能是() ①感受器和传入神经②感受器和效应器③感受器④传入神经和效应器⑤传入 神经和传出神经 A．②或④或⑤ B. ②或③或④ C．②或③或⑤D．①或②或⑤ 解析：根据表格中在破坏前刺激此脊蛙的左或右后肢，左、右后肢都要收缩，说明左、右后肢都有感受器、传入神经、传出神经、效应器，且左或右后肢的反射弧间能交叉连接。破坏缩腿反射弧在左后肢的部分结构后，刺激左后肢，左、右后肢都不收缩，说明破坏部位可能是感受器或传入神经；刺激右后肢，左后肢不收缩而右后肢收缩，说明破坏部位可能是传出神经或效应器，综合两个实验可知，破坏部位可能是感受器和传出神经或感受器和效应器或传入神经和传出神经或传入神经和效应器。 答案：A 2．(20XX·宁夏高考)下列对于神经兴奋的叙述，错误的是() A．兴奋部位细胞膜两侧的电位表现为膜内为正、膜外为负 B．神经细胞兴奋时细胞膜对Na＋通透性增大 C．兴奋在反射弧中以神经冲动的方式双向传递 D．细胞膜内外K＋、Na＋分布不均匀是神经纤维兴奋传导的基础 解析：本题主要考查神经兴奋的产生及传导的特点。受到一定强度的刺激时，钠离子通
道打开，导致Na＋大量内流，所以由外正内负转变为外负内正；兴奋在神经元之间的传递是通过突触完成的，只能单向传递，在神经纤维上可以(不一定)双向传导。 答案：C 3．(20XX·山东高考)如图表示枪乌贼离体神经纤维在Na＋浓度不同的两种海水中受刺激后的膜电位变化情况。下列描述错误的是() A．曲线a代表正常海水中膜电位的变化 B．两种海水中神经纤维的静息电位相同 C．低Na＋海水中神经纤维静息时，膜内Na＋浓度高于膜外 D．正常海水中神经纤维受刺激时，膜外Na＋浓度高于膜内 解析：神经元细胞膜受到一定强度的刺激后，钠离子通道打开，钠离子大量内流导致膜电位由“外正内负”变为“外负内正”，所以a可以表示正常电位变化；静息电位由图可知是相同的，均为“外正内负”。 答案：C 4．(新题快递)如图表示一个神经元在一次兴奋后，将兴奋传递给另一个神经元的过程。下面相关叙述正确的是() A．a处和c处的动作电位是同步发生的 B．从图可看出c处先产生兴奋再传到a处引起兴奋 C．a处产生的动作电位表现为内负外正 D. 兴奋由a→b→c的传递过程中的信号变化为电信号→化学信号→电信号 解析：兴奋在两个神经元之间传递是通过突触实现的，从突触前神经元传到突触后神经元，前后是不同步的，信号变化为电信号→化学信号→电信号。 答案：D 5．(20XX·江苏名校联考)如图表示刺激强度逐渐增加(S1～S8)时下一个神经元膜电位的变化规律，下列叙述正确的是()
一. 反射波法基本测试原理与波形分析 1．广义波阻抗及波阻抗界面 设桩身某段为一分析单元，其桩身介质密度、弹性波波速、截面面积分别用ρ，C ，A 表示，则令 Z =ρCA （7-1） 称Z 为广义波阻抗。当桩身的几何尺寸或材料的物理性质发生变化时，则相应的ρ、C 、A 发生变化，其变化发生处称为波阻抗界面。界面上下的波阻抗比值为 2 2211121A C A C Z Z n ρρ== （7-2） 称n 为波阻抗比。 2．应力波在波阻抗界面处的反射与透射 设一维平面应力波沿桩身传播，当到达一与传播方向垂 直的某波阻抗界面（如图7-2所示）时。根据应力波理论，由连续性条件和牛顿第三定律有 V I +V R =V T （7-3） A 1（σI +σR ）=A 2σT （7-4） 式中，V 、σ分别表示质点振动的速度和产生的应力，下标I 、R 、T 分别表示入射波、反射波和透射波。 由波阵面的动量守恒条件导得 σI =－ρ1C 1V I σR =ρ1C 1 V R σT =-ρ2C 2V T 代入式（7-4），得 ρ1C 1A 1（V I －V R ）=ρ2C 2A 2V T （7-5） 联立式（7-3）和（7-5），求得 V R =－FV I （7-6a ） V T =nTV I （7-6b ） 式中 n n F +-=11 称为反射系数 （7-7a ） n T +=12 称为透射系数 （7-7b ） 式（7-6）是反射波法中利用反射波与入射波的速度量的相位关系进行分析的重要关系式。 3．桩身不同性况下应力波速度量的反射、透射与入射的关系 （1）桩身完好，桩底支承条件一般。此时，仅在桩底存在界面，速度波沿桩身的传播情况如图7-3所示。 因为ρ1C 1A 1>ρ2C 2A 2，所以n = Z 1/Z 2>1，代入式（7-7）得 F <0，（T 恒>0） 由式（7-6）可知，在桩底处，速度量的反射波与入射波同号，体现在V （t ）时程曲线上，则为波峰相同（同向）。典型的完好桩的实测波形如图7-4。 由图7-3、图7-4分析可得激振信号从触发到返回桩顶所需的时间t 1、纵波波速C 、桩长L 三者之间的关系为 Z 1=ρ1C 1A 1 Z 2=ρ2C 2A 2 图7-2 应力波的反射与透射
Boyi?电子产品世界 千里之行，始于足下。 信号完整性之信号振铃的产生 在电源完整性设计一文中，推荐了一种基于目标阻抗（target impedance）的去耦电容设计方法。在这种方法中，从频域的角度说明了电容选择方法。把瞬态电流看成阶跃信号，因而有很宽的频谱，去耦电容必须在这个很宽的频谱内使电源系统阻抗低于目标阻抗（target impedance）。电容的选择是分频段设计的，每一种容值的电容负责一段频谱范围，超出这个范围的，由其他电容负责构成低阻抗路径。 有些人可能对这种频域方法有些困惑，本文从另外一个更直观的角度来说明去耦电容的这种特性，即电容的去耦时间。 构成电源系统的两个重要部分：稳压电源、去耦电容。首先说说稳压电源的反应时间。负载芯片的电流需求变化是极快的，尤其是一些高速处理器。内部晶体管开关速度极快，假设处理器内部有1000个晶体管同时发生状态翻转，转台转换时间是1ns，总电流需求是500mA。那么此时电源系统必须在1ns时间内迅速补充上500mA瞬态电流。遗憾的是，稳压源在这么短的时间内反应不过来，相对于电流的变化，稳压源显得很迟钝，有点像个傻子，呵呵。通常说的稳压源的频率响应范围在直流到几百k之间，什么意思？这从时域角度可能更好理解。假设稳压源的频率响应范围是直流到100kHz，100kHz对应时域的10us时间间隔。也就是稳压源最快的响应速度是10us，如果负载芯片要求在20 us 内提供所需的电流，那么稳压电源有足够的反应时间，因此可以提供负载所需要的电流。但是如果负载电流要求的时间是1ns的话，对稳压电
源来说太快了，稳压源还在那发呆呢，瞬态电流的需求已经过去了。负载可不会等着稳压源来做出反应，不能给它及时提供电流，他就把电压拉下来，想想，功率一定，电流大了，电压必然减小。哦，这就产生了轨道塌陷，噪声产生了。因此，所说的频率响应范围，在时域对应的是一个响应时间问题。 电容也同样存在响应时间。电源要10us才能反应过来，那从0到10us 之间这段时间怎么办？这就是电容要干的事。按电源完整性设计一文中，加入一个31.831uF电容，能提供100kHz到1.6MHz频段的去耦。从时域来说，这个电容的最快反应时间是1/1.6MHz=0.625us。也就是说从0.625us到10us这段时间，这个电容就可以提供所需电流。稳压电源发呆就发呆吧，别指望它了，电容先顶上，过10us后再让稳压源把活接过来。从0.625us到10us这段时间就是电容的有效去耦时间。 加一个电容后，电源系统的反应时间还是很长，625ns，还是不能满足要求，那就再加电容，放一些很小的电容，比如13个0.22uF电容，提供1.6MHz到100MHz的去耦，那么这13个小电容最快反应时间为1/100MHz=1ns。如果有电流需求，1ns后这些小电容就做出反应了。 通常这个反应时间还不够，那就在加一些更小的电容，把去耦频率提到500MHz，反应时间可以加快到200ps，一般来说足够了。不同电容产生去耦作用，都需要一定的时间，这就是去耦时间。不同的去耦时间对应不同的有效去耦频率段，这就是为什么去耦电容要分频段设计的原因。 这里给出的是一个直观的解释，目的是让你有一个感性的理解。
关于SI信号完整性，你应该了解以下几点 1、什么是信号完整性（Singnal Integrity）？信号完整性（Singnal Integrity）是指一个信号在电路中产生正确的相应的能力。信号具有良好的信号完整性（Singnal Integrity）是指当在需要的时候，具有所必须达到的电压电平数值。主要的信号完整性问题包括反射、振荡、地弹、串扰等。常见信号完整性问题及解决方法：问题可能原因解决方法其他解决方法过大的上冲终端阻抗不匹配终端端接使用上升时间缓慢的驱动源直流电压电平不好线上负载过大以交流负载替换直流负载在接收端端接，重新布线或检查地平面过大的串扰线间耦合过大使用上升时间缓慢的发送驱动器使用能提供更大驱动电流的驱动源时延太大传输线距离太长替换或重新布线, 检查串行端接头使用阻抗匹配的驱动源, 变更布线策略振荡阻抗不匹配在发送端串接阻尼电阻 2、什么是串扰（crosstalk）？串扰（crosstalk）是指在两个不同的电性能之间的相互作用。产生串扰（crosstalk）被称为Aggressor，而另一个收到干扰的被称为Victim。通常，一个网络既是Aggressor（入侵者），又是Victim（受害者）。振铃和地弹都属于信号完整性问题中单信号线的现象（伴有地平面回路），串扰则是由同一PCB板上的两条信号线与地平面引起的，故也称为三线系统。串扰是两条信号线之间的耦合，信号线之间的互感和互容引起线上的噪声。容性耦合引发耦合电流，而感性耦合引发耦合电压。PCB板层的参数、信号线间距、驱动端和接收端的电气特性及线端接方式对串扰都有一定的影响。 3、什么是电磁兼容（EMI）？电磁干扰（Ectromagnetioc Interference），或者电磁兼容性（EMI），是从一个传输线（transmission line）（例如电缆、导线或封装的管脚）得到的具有天线特性的结果。印制电路板、集成电路和许多电缆发射并影响电磁兼容性（EMI）的问题。FCC定义了对于一定的频率的最大发射的水平（例如应用于飞行控制器领域）。 4、在时域（time domain）和频域（frequency domain）之间又什么不同？时域（time domain）是一个波形的示波器观察，它通常用于找出管脚到管脚的延时（delays）、偏移（skew）、过冲（overshoot）、下冲（undershoot）以及设置时间（setting times）。频域
第三章动物稳态维持的生理基础 第二节反射活动的基本原理 课前导学 知识回顾 １．人体神经调节的基本方式是________，它是在中枢神经系统（脑和脊髓）的参与下，人和动物体对体内和外界环境的各种刺激发生的规律性反应。分为_________和__________两种类型。 2．反射弧是完成_______________的结构基础。 ３．兴奋在神经纤维上以___________形式传导，传导的方向是__________，与_________________的方向一致。新知预习 4．写出反射弧模式图中标号结构的名称 5．突触的结构 A._________ 突触 B._________ C._________ 其他结构：D._________、E.______、F._________、G.________。 6．反射中枢担负着对传入的神经冲动进行_______、_______、________的功能，是整个反射弧的____________。 ①二元反射弧：最简单，中枢由传入与传出神经元的________和___________构成，如_____反射的反射弧。 ②三元反射弧：在传入神经元与传出神经元之间增加了一个___________，如____反射的反射弧。 ③具有多个中间神经元的反射弧：绝大多数反射弧属于此类，中间神经元越________，反射中枢分析和综合能力就越强。 课中探究 探究点一：反射弧的构成和反射中枢 归纳提升 1．一个完整的反射活动必须保证反射弧的五个环节完整，所以仅靠一个神经元是不能完成的，至少需要2个神经元（1个感觉神经元和1个运动神经元）。 2．反射弧中传入神经和传出神经的判断： ①根据是否具有神经节：有神经节的是传入神经。 ②根据脊髓灰质中的突触结构：神经递质只能从突触前膜释放，作用于突触后膜。 ③根据脊髓灰质结构判断：与前角(膨大部分)相连的为传出神经，与后角(狭窄部分)相连的为传入神经。3．反射弧中任何一个环节中断，反射即不能发生，必须保证反射弧结构的完整性。特别需要注意的是，如果仅仅是感受器受损，刺激传入神经，效应器也会有应答反应，但这不属于反射。“吃糖感觉到甜”也不属于反射。 精讲精练 【例1】反射和反射弧的关系是() A．反射活动可以不通过反射弧实现
信号完整性研究：反射现象 前面讲过，对于数字信号的方波而言，含有丰富的高频谐波分量，边沿越陡峭，高频成分越多。而pcb上的走线对于高频信号而言相当于传输线，信号在传输线中传播时，如果遇到特性阻抗不连续，就会发生反射。反射可能发生在传输线的末端，拐角，过孔，元件引脚，线宽变化，T型引线等处。总之，无论什么原因引起了传输线的阻抗发生突变，就会有部分信号沿传输线反射回源端。 反射形成机理很复杂，这包含了很多电磁领域的复杂的知识，本文不准备深入讨论，如果你真的很想知道，可以给我留言，我专门讲解。 工程中重要的是反射量的大小。表征这一现象的最好的量化方法就是使用反射系数。反射系数是指反射信号与入射信号幅值之比，其大小为：(Z2-Z1)/ (Z2+Z1)。Z1是第一个区域的特性阻抗，Z2是第二个区域的特性阻抗。当信号从第一个区域传输到第二个区域时，交界处发生阻抗突变，因而形成反射。举个例子看看反射能有多大，假设Z1=50欧姆，Z2=75欧姆，根据公式得到反射系数为：（75-50）/（75+50）=20%。如果入射信号幅度是3.3v，反射电压达到了 3.3*20%=0.66v。对于数字信号而言，这是一个很大的值。你必须非常注意他的影响。
实际电路板上的反射可能非常复杂，反射回来的信号还会再次反射回去，方向与发射信号相同，到达阻抗突变处又再次反射回源端，从而形成多次反射，一般的资料上都用反弹图来表示。多次的反弹是导致信号振铃的根本原因，相当于在信号上叠加了一个噪声。为了电路板能正确工作，你必须想办法控制这个噪声的大小，噪声预算是设计高性能电路板的一个非常重要的步骤。 信号完整性：信号反射 时间:2009-04-17 21:12来源:未知作者:于博士点击: 3212次 信号沿传输线向前传播时，每时每刻都会感受到一个瞬态阻抗，这个阻抗可能是传输线本身的，也可能是中途或末端其他元件的。对于信号来说，它不会区分到底是什么，信号所感受到的只有阻抗。如果信号感受到的阻抗是恒定的，那么他就会正常向前传播，只要感受到的阻抗发生变化，不论是
如果信号沿互连线传播时所受到的瞬态阻抗发生变化，则一部分信号将被反射回源端，另一部分发生失真并继续传播，这正是单一网络中多数信号完整性问题产生的主要原因。 信号只要遇到瞬态阻抗突变，反射就会发生。通常反射可能发生在线末端，或者是互连线拓扑结构发生改变的地方，如拐角、过孔、T型结构、接插件等处。因此设计互连线的目的就是尽可能保持信号受到的阻抗恒定。 只要瞬态阻抗发生了改变，部分信号将沿着与原传播方向相反的方向反射，而另一部分将继续传播，但幅度有所改变。将瞬态阻抗发生改变的地方称为阻抗突变，或简称突变。 反射信号的量值由瞬态阻抗的变化量决定，如图所示。如果第一个区域瞬态阻抗是Z1，第二个区域是Z2，则反射信号与入射信号幅值之比为： V re/V in = (Z2-Z1)/(Z2+Z1)=ρ V re-反射电压； V in -入射电压； Z1-信号最初所在区域1的瞬态阻抗； Z2-信号进入区域2时的瞬态阻抗； ρ-反射系数。 两个区域的阻抗差异越大，反射信号量就越大。 例如，1V信号沿特性阻抗为50欧姆的传输线传播，开始所受到的瞬态阻抗为50欧姆，当它进入特性阻抗为75欧姆的区域时，反射系数为： (75-50)/(75+50)=0.2，反射电压为1V×0.2=0.2V。 下面讨论反射产生的机理。 在突变交界面处，无论是从区域1还是从区域2看过去，交界面两侧的电压和电流都必须是相同的。 边界处不可能出现电压不连续，否则此处会有一个无限大电场；也不可能出现电流不连续，否则会有一个无限大的磁场。 为了维持分界面两侧的电压和电流相等，就需要满足关系式V1=V2，I1=I2。而I1=V1/Z1，I2=V2/Z2，同时成立，显然，当两个区域的阻抗不同时，这些关系式绝不可能同时成立。 为了使整个系统协调稳定，区域1中产生了一个反射回源端的电压。它的唯一目的就是吸收入射信号和传输信号之间不匹配的电压和电流，如图所示。
过冲及振铃实验现象分析 1.测试电路及过冲、振铃现象 测试电路如下图所示，A点为电压输出口，B点为为了接入电阻而切开的口，C点为同轴电压监测点。 B A C 在B点出用导线连接时，在C点引同轴线到示波器（示波器内阻1M），观察到上升沿有过冲及振铃现象，如下图所示。
1.2 振铃产生的原因分析 1.2.1 振铃现象的产生 那么信号振铃是怎么产生的呢? 前面讲过，如果信号传输过程中感受到阻抗的变化，就会发生信号的反射。这个信号可能是驱动端发出的信号，也可能是远端反射回来的反射信号。根据反射系数的公式，当信号感受到阻抗变小，就会发生负反射，反射的负电压会使信号产生下冲。信号在驱动端和远端负载之间多次反射，其结果就是信号振铃。大多数芯片的输出阻抗都很低，如果输出阻抗小于PCB走线的特性阻抗，那么在没有源端端接的情况下，必然产生信号振铃。 信号振铃的过程可以用反弹图来直观的解释。假设驱动端的输出阻抗是10欧姆，PCB走线的特性阻抗为50欧姆(可以通过改变PCB走线宽度，PCB走线和内层参考平面间介质厚度来调整)，为了分析方便，假设远端开路，即远端阻抗无穷大。驱动端传输3.3V电压信号。我们跟着信号在这条传输线中跑一次，看看到底发生了什么?为分析方便，忽略传输线寄生电容和寄生电感的影响，只考虑阻性负载。下图为反射示意图。 第1次反射：信号从芯片内部发出，经过10欧姆输出阻抗和50欧姆PCB 特性阻抗的分压，实际加到PCB走线上的信号为A点电压3.3*50/(10+50)=2.75V。传输到远端B点，由于B点开路，阻抗无穷大，反射系数为1，即信号全部反射，反射信号也是2.75V。此时B点测量电压是2.75+2.75=5.5V。 第2次反射：2.75V反射电压回到A点，阻抗由50欧姆变为10欧姆，发生
信号完整性之初识信号反射 版本号更改描述更改人日期 1.0 第一次撰稿 eco 2013-10-19 E-mial：zhongweidianzikeji@https://www.doczj.com/doc/399527712.html, QQ：2970904654 反射产生的原因 在《和信号完整性有关的几个概念》中我们已经简单的介绍了“反射”这厮。在下认为 “信号反射”在电路中是不可避免的，不论是高速电路还是低速电路。而我们只能用一些办 法去优化电路，去优化PCB的布局布线，从而降低反射的大小或者在信号反射时避免对电 路的操作。 为什么信号反射无法完全消除，在高速和低速电路中都会存在，在下鄙见如下： V = 3x10^8 / sqrξ 式1 其中：V是带状线中信号传播的速度（m/s），3x10^8是光速(m/s)，ξ是介电常数。 由式1可知，信号的传播速度只与物质的介电常数有关，在基材相同的情况下，不论在 高速电路中还是在低速电路中信号都会以相同的速度传播。在基材为FR4的电路板中，介 电常数ξ一般为4左右，由式1我们可以计算出信号的传播速度V = 3x10^8 / sqr(4) = 1.5x10^8 m/s,转换单位后约为6in/ns，这就是为什么很多资料上喊信号在FR4材料中的传 播速度为6in/ns（注：1mil = 0.0254mm； 1inch = 25.4mm。对于这个单位转化，感兴趣 的人一定要自己计算计算，享受过程可以让你更快乐更智慧哦）。1.5x10^8 m/s（6in/ns） 速度极快了吧，设想山间小溪，小溪中的水流以1.5x10^8 m/s流动，流动中突遇一石头便 会荡起无数涟漪，迸射无数水花。溪中这块石头意味着阻抗失配。综上所述，我们姑且把这 水流现象近似看作电路中的信号反射。 为了给大家一个直观的感受，在下从网上找了两张图片，见图1、图2。很多时候有些 东西是说不清道不明的，关键看大家如何去想，如何去悟。我建议大家应该看着这个水流冥 想一下。 图1 这就是电流
第二、三节反射活动的基本原理人脑的高级功能 1．理解反射弧的构成。(重难点) 2．掌握突触和实触传递。(重点) 3．说明反射中枢的类型。 4．概述人脑的高级功能，区别大脑皮层功能区。(重点) 反射弧的构成与反射中枢 1．反射弧的构成 (1)神经调节的基本方式：反射。 (2)结构基础——反射弧 (3)反射的一般过程 感受器接受刺激并产生神经冲动，神经冲动沿着传入神经纤维传到神经中枢，然后经传出神经纤维传到效应器，从而引起机体产生某一运动。 2．反射中枢 (1)反射中枢的作用 分析、归纳和整理神经冲动，是反射弧的核心。 (2)反射中枢的组成 ①二元反射弧：最简单，由传入与传出神经元的突触联系和传出神经元的胞体构成，如膝跳反射的反射弧。 ②三元反射弧：在传入神经元和传出神经元之间增加了一个中间神经元，如缩手反射的反射弧。 ③具多个中间神经元的反射弧：绝大多数反射弧属于此类，中间神经元越精细复杂，反射中枢分析综合能力就越强。
[合作探讨] 探讨1：观察膝跳反射和缩手反射示意图，并探讨以下问题： 膝跳反射 缩手反射 (1)膝跳反射、缩手反射分别是由几个神经元完成的，由此你将得出什么结论？ 提示：2、3。不同的反射需要的神经元数目不同，一般来说，反射活动越复杂，需要的神经元越多。 (2)上述两种反射弧中的传入神经分别是哪个数字序号？ 提示：①、①。 探讨2：给狗喂食会引起唾液分泌，但铃声刺激不会。若每次在铃声后即给狗喂食，这样多次结合后，狗一听到铃声就会分泌唾液。 (1)食物引起味觉属于反射吗？ 提示：不属于。 (2)铃声引起唾液分泌的反射弧与食物引起唾液分泌的反射弧相同吗？为什么？ 提示：不相同。铃声引起唾液分泌的神经中枢在大脑皮层，食物引起唾液分泌是非条件反射，是先天就有的，神经中枢在大脑皮层以下，这两种反射的感受器和传入神经也不相同。 [归纳总结] 1．反射弧中传入神经和传出神经的判断
存在振铃的时钟信号分析 理论分析 反射现象 信号沿传输线向前传播时，每时每刻都会感受到一个瞬态阻抗，这个阻抗可能是传输线本身的，也可能是中途或末端其他元件的。对于信号来说，它不会区分到底是什么，信号所感受到的只有阻抗。如果信号感受到的阻抗是恒定的，那么他就会正常向前传播，只要感受到的阻抗发生变化，不论是什么引起的（可能是中途遇到的电阻，电容，电感，过孔，PCB 转角，接插件），信号都会发生反射。PCB上的走线对于高频信号而言相当于传输线，信号在传输线中传播时，如果遇到特性阻抗不连续，就会发生反射。反射可能发生在传输线的末端，拐角，过孔，元件引脚，线宽变化，T型引线等处。总之，无论什么原因引起了传输线的阻抗发生突变，就会有部分信号沿传输线反射回源端。 工程中重要的是反射量的大小。表征这一现象的最好的量化方法就是使用反射系数。反射系数是指反射信号与入射信号幅值之比，其大小为：(Z2-Z1)/(Z2+Z1)。Z1是第一个区域的特性阻抗，Z2是第二个区域的特性阻抗。当信号从第一个区域传输到第二个区域时，交界处发生阻抗突变，因而形成反射。 纯电阻性负载的反射是研究反射现象的基础，阻性负载的变化是以下四种情况：阻抗增加有限值、减小有限值、开路（阻抗变为无穷大）、短路（阻抗突然变为0）。 阻抗增加有限值： 假设PCB线条的特性阻抗为50欧姆，传输过程中遇到一个100欧姆的贴片电阻，暂时不考虑寄生电容电感的影响，把电阻看成理想的纯电阻，那么反射系数为：，信号有1/3被反射回源端。如果传输信号的电压是3.3V电压，反射电压就是1.1V。这时，信号反射点处就会有两个电压成分，一部分是从源端传来的3.3V电压，另一部分是在反射电压1.1V，那么反射点处的电压为二者之和，即4.4V。 阻抗减小有限值： 仍按上面的例子，PCB线条的特性阻抗为50欧姆，如果遇到的电阻是30欧姆，则反射系数为：，反射系数为负值，说明反射电压为负电压，值为。此时反射点电压为3.3V+（-0.825V）=2.475V。 开路： 开路相当于阻抗无穷大，反射系数按公式计算为1。即反射电压3.3V。反射点处电压为6.6V。可见，在这种极端情况下，反射点处电压翻倍了。 短路： 短路时阻抗为0，电压一定为0。按公式计算反射系数为-1，说明反射电压为-3.3V，因此反射点电压为0。 由于反射现象的存在，信号传播路径中阻抗发生变化的点，其电压不再是原来传输的电压。这种反射电压会改变信号的波形，从而可能会引起信号完整性问题。实际电路板上的反射可能非常复杂，反射回来的信号还会再次反射回去，方向与发射信号相同，到达阻抗突变处又再次反射回源端，从而形成多次反射，一般的资料上都用反弹图来表示。多次的反弹是导致信号振铃的根本原因，相当于在信号上叠加了一个噪声。
一、IBIS模型的获取 a) 直接找芯片供应商 b) 从网上下载 i.到Google网站直接搜索某个型号的IBIS模型； ii. 到器件厂商的官方网站下载； iii.从专门提供IBIS模型的网站搜索下载。 c) 仿真器件的SPICE 模型或直接测量 二、IBIS模型的转化过程 将模型的IBIS格式转化为DML格式，可以使用Allegro自带的Model Integrity.一般有两种方式打开此软件： 1、在SPECCTRAQuest下，点击Tools->Model Integrity； 2、在Allegro目录下，Model Integrity作为单独的软件存在，只要点下即可。 然后，选择File->Open,打开已经获得的IBIS模型，可同时打开多个芯片的IBIS模型，其界面如下图所示： 只要打开IBIS模型，在输出窗口的Parse Messages里，会自动显示关于此模型的错误和警告信息，具体如下图所示：
此界面的右下角，如下图所示的方框，可在方框里输入提示错误的行，然后点击左边的，则跳转到该行，进行修改。对于警告信息，可以不用理会，现在绝大多数的IBIS模型都或多或少有警告信息。 如果想观察模型的波形，可如下图所示进行操作。也可在选中任一IOCell模型，直接点快捷按钮。具体操作如下图所示： 之后，出现的波形如下图所示：
当模型的语法错误修改完毕后，可右击该模型，选择IBIS to DML,如下图所示： 若此步可以完成，说明成功转化为DML格式。 保存转化为DML格式的方件，最好把需要用到的DML文件放在同一文件夹里。此时，可以关闭Model Integrity. 三、IBIS模型的注意事项 1、确认IBIS模型里PIN的名称与原理图及PCB图的PIN名称一致，特别是对于PGA封装的IC。例如HI3520芯片，原理图上有一PIN为AM9，而其IBIS模型的名称为AM09，则命名不一致。这种情况可以转化为DML格式，但在后续仿真中，其模型不能正确被加载。
信号完整性名词解释 1、什么是信号完整性（Singnal Integrity）？ 信号完整性（Singnal Integrity）是指一个信号在电路中产生正确的相应的能力。信号具有良好的信号完整性（Singnal Integrity）是指当在需要的时候，具有所必须达到的电压电平数值。主要的信号完整性问题包括反射、振荡、地弹、串扰等。常见信号完整性问题及解决方法： 问题可能原因解决方法其他解决方法 过大的上冲终端阻抗不匹配终端端接使用上升时间缓慢的驱动源 直流电压电平不好线上负载过大以交流负载替换直流负载在接收端端接，重新布线或检查地平面 过大的串扰线间耦合过大使用上升时间缓慢的发送驱动器使用能提供更大驱动电流的驱动源 时延太大传输线距离太长替换或重新布线, 检查串行端接头使用阻抗匹配的驱动源, 变更布线策略 振荡阻抗不匹配在发送端串接阻尼电阻 2、什么是串扰（crosstalk）？ 串扰（crosstalk）是指在两个不同的电性能之间的相互作用。产生串扰（crosstalk）被称为Aggressor，而另一个收到干扰的被称为Victim。通常，一个网络既是Aggressor（入侵者），又是Victim（受害者）。振铃和地弹都属于信号完整性问题中单信号线的现象（伴有地平面回路），串扰则是由同一PCB板上的两条信号线与地平面引起的，故也称为三线系统。串扰是两条信号线之间的耦合，信号线之间的互感和互容引起线上的噪声。容性耦合引发耦合电流，而感性耦合引发耦合电压。PCB板层的参数、信号线间距、驱动端和接收端的电气特性及线端接方式对串扰都有一定的影响。 3、什么是电磁兼容（EMI）？ 电磁干扰（Ectromagnetioc Interference），或者电磁兼容性（EMI），是从一个传输线（transmission line）（例如电缆、导线或封装的管脚）得到的具有天线特性的结果。印制电路板、集成电路和许多电缆发射并影响电磁兼容性（EMI）的问题。FCC定义了对于一定的频率的最大发射的水平（例如应用于飞行控制器领域）。 4、在时域（time domain）和频域（frequency domain）之间又什么不同？ 时域（time domain）是一个波形的示波器观察，它通常用于找出管脚到管脚的延时（delays）、偏移（skew）、过冲（overshoot）、下冲（undershoot）以及设置时间（setting times）。频域（frequency domain）是一个波形的频谱分析议的观察，它通常用于波形与频谱分析议的观察、它通常用
信号完整性分析---信号反射及阻抗匹配 信号反射产生的原因，当信号从阻抗为Z0 进入阻抗为ZL 的线路时，由于阻抗不匹配的原因，有部分信号会被反射回来，也可以用“传输线上的回波来概括”。如果源端、负载端和传输线具有相同的阻抗，反射就不会发生了。 反射的影响:如果负载阻抗小于传输线阻抗，反射电压为负，反之，如果负载阻抗大于传输线阻抗，反射电压为正。实际问题中，PCB上传输线不规则的几何形状，不正确的信号匹配，经过连接器的传输及电源平面不连续等因素均会导致反射情况发生，而表现出诸如过冲/下冲以及振荡等信号失真的现象。 过冲，当信号的第一个波峰超过原来设定的最大值，信号的第一个波谷超过原来设定的最大值时，为过冲，也就是冲过头了。下冲，当信号的第二个波峰波谷超过设定值时，称为下冲。过大的过冲会导致元件保护二极管损坏，而下冲严重时会产生假时钟，导致系统误读写操作。 如果过冲过大我们可以采用阻抗匹配的方式消除过冲，方法很简单 如下所示： 效果如下：
震荡：信号的反射也会引起信号震荡，而震荡的本质跟过冲/下冲是一样的，在一个周期内，信号反复的过冲下冲我们称之为信号震荡。震荡是消除电路多余能量的一种方式。通过震荡的信号，可以将反射而产生的多余能量给消耗掉。欠阻尼（振铃）是指终端的阻尼小，过阻尼（环绕）是指终端的阻尼大了。(PS:不只是分布式电路才会产生振荡，集总电路由于LC振荡也会产生振荡，其振荡的大小和电路的品质因素Q有关，Q值代表了电路中信号的衰减速度，Q值越高衰减越慢。可以通过单位时间电路储存的能量与丢失的能量比值来衡量) Q<1/2的时候就不存在过冲或者振荡。 Q值的计算方法为： L是导线的平均电感，C是接收端的负载电容，Rs 是驱动端的输出电阻。 阻抗匹配，由于源端与负载端的阻抗不匹配才引起信号的反射，因此要进行阻抗匹配，从而降低反射系数，可以在源端串接阻抗，或者负载端并行接阻抗。反射系数公式：P=(Z1-Z0)/(Z1+Z0) 阻抗匹配端接技术汇总 单电阻端接 经总结：串联电阻匹配一般适用于单个负载的情况。 一串行端接串行匹配：（不太适用太高的高速） 二并行端接并行匹配：（更适用于高速） 1单电阻并行端接
信号完整性基础之反射 反射是引起SI的一个最基本因素，信号在传输线传播过程中，一旦它所感受到的传输线瞬时阻抗发生变化，那么就必将有发射发生。 反射是由于传输线瞬时阻抗变化而引起的 下面就从理论角度来分析一下反射的机理、反射系数和传输系数的计算 配个简易图来加以说明 图中褐色的为电路板上的大面积铺铜层（GND或者PWR），它是信号的返回路径。绿色和红色是传输线，S1比较宽，S2较窄，很明显在S1和S2的交接处出现了阻抗不连续，根据阻抗计算公式应该是Rs1 在分界面的右边一点点S2中有：Rs2=V2/I2 （2） 其中的V1、V2分别为分界面两侧的电压，I1和I2为分界面两侧的电压 由上面的电压和电流连续性得知：V1=V2,I1=I2 （3） 分析上面的三组方程，如果没有反射，他们是不可能同时成立的 因为Rs1和Rs2是不相等的 所以可以判定在分界面必定存在反射回源端的信号 反射电压设为Vf，反射电流为If 进入S2的电压为Vt，电流为It（称他们为传输电压和传输电流） 信号电压为Vi，电流为Ii（称之为输入电压，从分界面看） 电压关系有：Vi+Vf=Vt 电流关系有：Ii-If=It 这又是很关键的两个关系式 因为Vi/Ii=Rs1 Vf/If=Rs1 Vt/It=Rs2 把这三个关系式代入到上面的两个电压和电流关系方程中可以得到 Vi/Rs1-Vf/Rs1=Vt/Rs2=（Vi+Vf）/Rs2 （Vi-Vf）/Rs1=（Vi+Vf）/Rs2反射系数X定义为反射电压和输入电压的比值，即Vf/Vi 可求的X=（Rs2-Rs1）/（Rs1+Rs2） 传输系数Y定义为传输电压和输入电压的比值，即Vt/Vi 经过X式小变形即可求得 可求的Y=2Rs2/（Rs1+Rs2） 一. 反射波法基本测试原理与波形分析 1.广义波阻抗及波阻抗界面 设桩身某段为一分析单元,其桩身介质密度、弹性波波速、截面面积分别用ρ,C ,A 表示,则令 Z =ρCA (7-1) 称Z 为广义波阻抗。当桩身的几何尺寸或材料的物理性质发生变化时,则相应的ρ、C 、A 发生变化,其变化发生处称为波阻抗界面。界面上下的波阻抗比值为 2 2211121A C A C Z Z n ρρ== (7-2) 称n 为波阻抗比。 2.应力波在波阻抗界面处的反射与透射 设一维平面应力波沿桩身传播,当到达一与传播方向垂 直的某波阻抗界面(如图7-2所示)时。根据应力波理论,由连续性条件与牛顿第三定律有 V I +V R =V T (7-3) A 1(σI +σR )=A 2σT (7-4) 式中,V 、σ分别表示质点振动的速度与产生的应力,下标I 、R 、T 分别表示入射波、反射波与透射波。 由波阵面的动量守恒条件导得 σI =－ρ1C 1V I σR =ρ1C 1 V R σT =-ρ2C 2V T 代入式(7-4),得 ρ1C 1A 1(V I －V R )=ρ2C 2A 2V T (7-5) 联立式(7-3)与(7-5),求得 V R =－FV I (7-6a) V T =nTV I (7-6b) 式中 n n F +-= 11 称为反射系数 (7-7a) n T +=12 称为透射系数 (7-7b) 式(7-6)就是反射波法中利用反射波与入射波的速度量的相位关系进行分析的重要关系式。 3.桩身不同性况下应力波速度量的反射、透射与入射的关系 (1)桩身完好,桩底支承条件一般。此时,仅在桩底存在界面,速度波沿桩身的传播情况如图7-3所示。 因为ρ1C 1A 1>ρ2C 2A 2,所以n = Z 1/Z 2>1,代入式(7-7)得 F <0,(T 恒>0) 由式(7-6)可知,在桩底处,速度量的反射波与入射波同号,体现在V (t )时程曲线上,则为波峰相同(同向)。典型的完好桩的实测波形如图7-4。 由图7-3、图7-4分析可得激振信号从触发到返回桩顶所需的时间t 1、纵波波速C 、桩长L 三者之间的关系为 1 2t L C = (7-8) Z 1=ρ1C 1A 1 Z 2=ρ2C 2A 2 图7-2 应力波的反射与透射 什么是高速数字信号？ 高速数字信号由信号的边沿速度决定，一般认为上升时间小于4倍信号传输延迟时可视为高速信号，而高频信号是针对信号频率而言的。高速电路涉及信号分析、传输线、模拟电路的知识。错误的概念是：8KHz帧信号为低速信号。多高的频率才算高速信号？ 当信号的上升/下降沿时间< 3~6倍信号传输时间时,即认为是高速信号. 对于数字电路，关键是看信号的边沿陡峭程度，即信号的上升、下降时间,信号从10%上升到90%的时间小 于6倍导线延时,就是高速信号! 即使8KHz的方波信号,只要边沿足够陡峭,一样是高速信号,在布线时需要使用传输线理论。 信号完整性研究：什么是信号完整性? 时间:2009-03-11 20:18来源:sig007 作者:于博士点击:1813次 信号完整性主要是指信号在信号线上传输的质量，当电路中信号能以要求的时序、持续时间和电压幅度到达接收芯片管脚时，该电路就有很好的信号完整性。当信号不能正常响应或者信号质量不能使系统长期稳定工作时，就出现了信号完整性问题，信号完整性主要表现在延迟、反射、串扰、时序、振荡等几个方面。一般认为，当系统工作在50MHz时，就会产生信号完整性问题，而随着系统和器件频率的不断攀升，信号完整性的问题也就愈发突出。元器件和PCB板的参数、元器件在PCB板上的布局、高速信号的布线等 这些问题都会引起信号完整性问题，导致系统工作不稳定，甚至完全不能正常工作。 1、什么是信号完整性（Singnal Integrity）？ 信号完整性（Singnal Integrity）是指一个信号在电路中产生正确的相应的能力。信号具有良好的信号完整性（Singnal Integrity）是指当在需要的时候，具有所必须达到的电压电平数值。主要的信号完整性问题包括反射、振荡、地弹、串扰等。常见信号完整性问题及解决方法： 问题可能原因解决方法其他解决方法 过大的上冲终端阻抗不匹配终端端接使用上升时间缓慢的驱动源 直流电压电平不好线上负载过大以交流负载替换直流负载在接收端端接，重新布线或检查地平面反射波法基本测试原理与波形分析
高速信号与信号完整性分解
相关主题
文本预览