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
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
波形，从而可能会引起信号完整性问题。这种感性的认识对研究信号完整性及设计电路板非常重要，必须在头脑中建立起这个概念。
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
低应变反射波法信号识别方法 从理论上讲，传感器越轻且越贴近桩顶面，测试信号也越接近桩面质点振动，测试效果越好。 目前，传感器安装普遍采用粘贴方式。橡皮泥具有柔性大、污染小、衰减小、价格便宜等优点，将橡皮泥用作传感大器的黏合剂一般可取得较好的检测信号。如果桩同处理不平整、桩顶面未清洗干净或寒冷季节使用，传感器常会出现虚粘现象，导致检测信号失真，影响判识。因此，用橡皮泥作黏合剂时，如果出现首波明显加宽、信号波浪式振荡等异常现象，应首先考虑传感器粘贴不牢，需重新粘结牢后再做检测。图1 为同一根桩传感器虚粘和粘合牢固时的对比检测曲线。 图1 传感器粘贴效果对比曲线 由图1 可以看出，传感器粘合牢固，波形规则，桩底反射信号清晰；传感器粘合不良，可导致首波变宽，信号震荡明显加大，桩底反射信号没出现或不明显，大大降低了检测信号的判断效果。
桩身浅部缺陷是桩基工程中最常见的缺陷。从桩身轴力传递特性可知，该类缺陷位置浅，在工作荷载下最易发生材料破坏，并且对工程质量危害最大。同时，浅部缺陷造成波形畸变，并且这种畸变很容易使桩身其他部位产生缺陷屏蔽。 桩顶至其以下2m 左右深度范围称为测试盲区。在测试盲区桩顶应力波传播复杂，信号干扰大。如果盲区内存在缺陷，由于激振脉冲有一定的宽度，则在脉冲宽度内，应力波遇到缺陷产生的上行反射波信号，将与能量较大的入射重叠在一起，从而给桩身浅部缺陷信号的判别增加难度。 尽管测试盲区的桩身缺陷判别难度较大，但并不是无法判断，因为该类缺陷发生频率高、位置浅，易于通过开挖方式予以验证，所以可以通过不断的对比测试和开挖验证，来找出该类缺陷在曲线上的特征和变化规律，以指导该类缺陷的识别。实践表明，根据以下特征对桩身浅部缺陷特别是严重缺陷进行判别效果较好。 完整桩波形，衰减规则，无缺陷反射波存在，桩底反射信号清晰（见图2（a））。如果波形特征表现为较宽的入射脉冲，或首波为非半正弦波或呈明显不对称半正弦波，波形在整体上呈现低频大振幅衰减振动，波形振荡延续时间长（见图2（a）），首波后反冲异常增大（见图2（c）），反冲后曲线明显在零线以上较长时间不归零或质点振动幅值异常增大（见图2（d）），则表明有浅部断桩或其他类型的严重浅
DOI:10.3969/j.issn.1672-2337.2015.06.010 利用北斗反射信号探测目标的初步实验 裴博宇1,严颂华1,王泉德1,陈能成2 (1.武汉大学电子信息学院,湖北武汉430072; 2.武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室,湖北武汉430079) 摘要:随着北斗系统的逐步完善,利用北斗导航卫星信号的反射信号来探测目标将可实现全球范围的监测,这种方法具有被动接收二成本低等特点三但是北斗导航信号本身是为传输导航电文和定位而设计,所以用于目标的探测还有需要研究的地方三利用北斗系统的地球静止轨道GEO卫星信号,设计了一套利用软件接收机来实现目标探测的方案,采用开环接收反射信号,解决了接收机对反射的微弱信号进行常规捕获和跟踪不适用的问题三阐述了利用北斗信号探测目标的基本原理,给出了采用中频采样器和软件接收机的软硬件系统架构,并进行了楼宇反射实验和长江大桥反射实验三实验结果证明了提出的目标探测和开环软件接收机方案的正确性三 关键词:北斗导航系统;反射信号;目标探测;开环软件接收机 中图分类号:TN91;TN967.1文献标志码:A 文章编号:1672-2337(2015)06-0615-07 A Preliminar y Ex p eriment of T ar g et Detection Based on Beidou Satellite Reflected Si g nal PEI Bo-y u1,YAN Son g-hua1,W ANG Quan-de1,CHEN Nen g-chen g2 (1.School o f Electronic In f ormation,Wuhan Universit y,Wuhan430072,China;2.State Ke y Laborator y o f In f ormation En g ineerin g in Surve y in g,Ma pp in g and Remote Sensin g,Wuhan Universit y,Wuhan430079,China) Abstract:With the Beidou navi g ation s y stem g ettin g p erfect,usin g the reflected si g nal of Beidou navi g ation satellite si g nal to detect tar g et will be able to achieve g lobal monitorin g.This method has the characteristics of p as-sive receivin g,low cost,etc.But the Beidou navi g ation si g nal is desi g ned to transmit the navi g ation messa g e and p osition,so it is necessar y to stud y for tar g et detection.Based on the Beidou s y stem GEO satellite si g nal,a scheme for tar g et detection usin g software receiver is desi g https://www.doczj.com/doc/734911090.html,in g the o p en-loo p to receive the reflection si g nals solves the p roblem of receiver not suitable for conventional weak si g nal ca p turin g and trackin g.The basic p rinci p le of de-tectin g tar g et b y Beidou si g nal is described and the software and hardware s y stem architecture with intermediate fre-q uenc y sam p ler and software receiver is p resented.The buildin g reflection ex p eriment and the Yan g tze river brid g e reflection ex p eriment are conducted.The ex p erimental results p rove the validit y of the p ro p osed tar g et detection and the o p en-loo p software receiver scheme. Ke y words:Beidou navi g ation s y stem;reflected si g nal;tar g et detection;o p en-loo p software receiver 0 引言 在卫星导航应用中,以GPS系统为信号源,利用GNSS卫星反射信号进行反射面参数探测的一种新型遥感手段 全球卫星导航反射技术(GNSS-R)[1-2]三美国从1997年开始针对GPS反射信号进行研究和机载实验,并且获取了大量的研究成果[3-4]三这种技术主要应用于陆面二海洋参数的测量与反演,比如海面粗糙度与风速和风向[5]二海面风场[6]二土壤湿度[7]二雪深[8]等海洋与陆地环境的反演与监测三 利用GNSS-R技术探测目标也是研究热点之一,其属于一种无源雷达模式三1993年至1995年研究人员曾对GNSS信号的无源雷达开展过对空中飞机二导弹二飞船等目标的探测实验[9]三 目前,国外反射信号的研究者使用的导航星座 第6期2015年12月 雷达科学与技术 Radar Sc ience and T echno logy Vol.13No.6 December2015 ================================================= 收稿日期:2015-04-08;修回日期:2015-07-15 基金项目:国家重点基础研究发展计划课题(No.2011CB707101);中央高校基本科研业务费专项资金(No.2042015g f0018); 十二五 国家863课题(No.2012AA091701)
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
时变、多径是无线信道的特点，相信很多人在看了很多书之后，对无线信道感觉还是一头雾水。为什么多径导致频率选择性？为什么多普勒频移反映了信道的时变性？对这些问题感觉困惑的肯定大有人在。下面我们就用一个简单的不能再简单的程序一一解开你的困惑。 首先，我们先说一下程序模拟的场景。如图1所示。 假设在一条笔直的高速公路上一端安装了一个固定的基站，在另一端有一面完全反射电磁波的墙面，基站距离反射墙的距离为d。移动台距离基站初始距离为r0。基站发射一个频率为f的正弦信号，表示为cos(2*pi*f*t)。由于墙面的反射，移动台可以接收到2径信号，其中之一是从基站直接发射的信号，另一径是从反射墙反射过来的信号。 OK，首先我们来看移动台静止的情况。显然，从基站发出的直射信号到达移动台需要的时间为r0/c（c为光速），从反射墙反射过来的信号到达移动台所需要的时间为(d+d-r0)/c=(2d-r0)/c。换句话说，在时刻t，移动台分别接收到了从时刻(t-r0/c)基站发出的直射信号和从时刻t-(2d-r0)/c基站发出的反射信号。我们知道，信号在传播的过程中要衰减，自由空间中，电磁波功率随距离r按平方规律衰减，相应的电场强度(可以看成接收信号电压)随1/r规律衰减。并且反射信号同直射信号的相位相反。所以，时刻t移动台接收到的合成信号为 减号体现了反射信号与直射信号的相位相反。 在r0处的接收信号会有什么特点？让我们把它画出来。下面是程序代码。 clear all f=1;%发射信号频率 v=0;%移动台速度，静止情况为0 c=3e8;%电磁波速度，光速 r0=3;%移动台距离基站初始距离 d=10;%基站距离反射墙的距离 t1=0.1:0.0001:10;%时间 E1=cos(2*pi*f*((1-v/c).*t1-r0/c))./(r0+v.*t1); E2=cos(2*pi*f*((1+v/c)*t1+(r0-2*d)/c))./(2*d-r0-v*t1); figure plot(t1,E1)%画出直射径的信号 hold on plot(t1,-E2,'-g')%画出反射径的信号 hold on plot(t1,E1-E2,'-r')%画出移动台总的接收信号。 legend('直射径信号','反射径信号','移动台接收的合成信号') axis([0 10 -0.8 0.8]) 运行程序后，结果如图2所示： 其中，蓝色线是直射径的信号，绿色线是反射径的信号，红色线则是移动台接收到的第1径和第2径的合成信号，从图中我们清楚的可以看出，即使移动台是静止的，由于反射径的存在，使得接收到的合成信号最大值要小于直射径的信号。 下面我们改一下移动台距离基站的位置，让r0=9，使它更靠近反射墙的位置，再次运行程序，结果如图3所示：
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
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
信号完整性工程设计中常遇到的5类典型问题 今天咱来扒一扒工程设计中关于信号完整性的那点事，Bala一下工程设计中常遇到的5类典型问题。没有因为这些纠结过的，应该还没开始做SI设计。相信在一线摸爬滚打的工程狮看了会有共鸣！ 第1类问题：必须依靠仿真的问题 有些问题，第一次设计时，如果不依靠仿真，没什么好办法知道到底行不行或者有没有危险。举一个常见的栗子：一拖多拓扑结构，这是一个出现概率很高的设计场景。假如有一个主控板，通过背板（有些公司叫底板）拖6块板卡，如果是第一次设计，那怎么评估这个方案行不行！靠设计规则？靠经验法则？靠猜？那纯粹是撞大运。当然有些人会说了，打一板试试就知道了。当然可以，但是像这种系统级的方案，打板一次费用和周期都几乎不可接受（当然土豪除外）。要提前评估方案的可行性，理论分析是少不了的，但这个问题仅靠理论分析搞不定。 咱先从理论上看看这个拓扑中会发生什么。芯片的input buffer对信号来说通常表现出很高的阻抗，信号传输到接收芯片会发生反射。下图中6个接收端都会有反射。反射回来的信号遇到走线分叉会分别进入两条岔路，比如从3反射回来的信号沿主干线向左右两个方向传输，传到1、2、4、5、6等接收器时再次发生反射。也就是3反射的信号会干扰其他芯片的接收信号。同样的，其他任何一个接收器的反射信号都会干扰别的接收器。反射过程会发生很多次，延时叠加，反复的反射震荡，这是一个很复杂的过程，理论上简单，但最终会叠加出来一个神马东西？想不出来，得靠软件。 如果不做任何处理，波形长啥样？简单的仿真就能发现明显的风险，见下图，高低电平冲得太厉害了，有隐患。 通过简单的处理，消弱反射信号在各个接收器之间反复反射震荡，我们可以把波形搞成这个样子。这下放心多了。类似这种需要仿真的问题很多，通过仿真规避风险效果很好的。
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/734911090.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
信号完整性：信号反射 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：ρ= 1 212Z Z Z Z +-。其中：Z 1为变化前的阻 抗，Z 2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：ρ=3 150********=+-，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 ρ=50 305030+-=-0.25，反射电压为 3.3*（-0.25）V= -0.825V 。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。
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
1 绪论 1.1 本课题研究意义 激光主动探式测技术为空间目标监视和探测的重要手段，除了能够克服光电被动探测以及单站探测的缺点，还可同时对目标进行激光对抗。其涉及的首要问题是：对非合作目标来说，如何能可靠、准确地探测到激光经目标散射后产生的微弱激光信号。因为对非合作目标能接受的激光信号为目标对激光的漫反射，其强度很低；此外，探测激光经大气的远程传输到达目标上,再由目标反射后经大气传输返回到接收器。在激光大气传输过程中，激光与大气相互作用将产生各种线性、非线性效应，导致激光强度发生严重衰减、光束发散和飘移，致使接收器的微弱激光信号探测成为远距离激光主动探测的难点问题。更为重要的是，激光主动探测的回波信号受目标的不同特性影响，其主要包括目标的直径、距离、辐射角度、表面反射率等因素，而目标的这些特性又受到目标颜色、大小、材质、表面粗糙程度等性质的影响。除目标本身外，大气的成分以及激光束的发射仰角等也是影响主动探测中激光回波功率的重要因素。因此，准确的找到目标反射特性与主动探测激光的回波信号强度之间的关系，是研究激光主动探测技术的关键，对激光雷达系统参数的设置具有重要的参考意义。 1.2 国内外发展现状 1.2.1 激光测距 光电测距仪是用光波作为载波的测距仪器。光电测距是研究比较早的一种物理测距方法，但实际应用到大地测量则是在1948年以后。早期的光电测距仪大都采用白炽灯、高压汞灯等作为光源，并且由于受当时电子元件的限制，致使仪器较重，操作和计算都较复杂，且多在夜间观测，因而在工程测量中很少应用[1]。 六十年代初期，出现了激光技术，这对光电测距仪的发展起了极大的推动作用。由于激光具有方向性强、亮度高、单色性好等特点，因此特别适合作为光电测距仪的光源。由于激光的亮度高、方向性强，因而可加大仪器测程，并克服了仪器只能在夜间作业的局限性，同时也有利于缩小光学系统的口径，从而减小仪器的体积和重量；由于激光的单色性好，受大气条件变化的影响较小，使得在不同的外界条件下同样可以得到较高的测距精度[2]。 现在国内市场上的测距仪主要有两种，一种是采用发光二极管作为光源的测距仪，
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