過(guò)沖及振鈴現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)分析

1、過(guò)沖及振鈴實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析1.測(cè)試電路及過(guò)沖、振鈴現(xiàn)象測(cè)試電路如下圖所示，A點(diǎn)為電壓輸出口，B點(diǎn)為為了接入電阻而切開(kāi)的口，C點(diǎn)為同軸電壓監(jiān)測(cè)點(diǎn)。在B點(diǎn)出用導(dǎo)線連接時(shí)，在C點(diǎn)引同軸線到示波器（示波器內(nèi)阻1M），觀察到上升沿有過(guò)沖及振鈴現(xiàn)象，如下圖所示。1.2 振鈴產(chǎn)生的原因分析1.2.1 振鈴現(xiàn)象的產(chǎn)生那么信號(hào)振鈴是怎么產(chǎn)生的呢?前面講過(guò)，如果信號(hào)傳輸過(guò)程中感受到阻抗的變化，就會(huì)發(fā)生信號(hào)的反射。這個(gè)信號(hào)可能是驅(qū)動(dòng)端發(fā)出的信號(hào)，也可能是遠(yuǎn)端反射回來(lái)的反射信號(hào)。根據(jù)反射系數(shù)的公式，當(dāng)信號(hào)感受到阻抗變小，就會(huì)發(fā)生負(fù)反射，反射的負(fù)電壓會(huì)使信號(hào)產(chǎn)生下沖。信號(hào)在驅(qū)動(dòng)端和遠(yuǎn)端負(fù)載之間多次反射，其結(jié)果就是信號(hào)振鈴。

2、大多數(shù)芯片的輸出阻抗都很低，如果輸出阻抗小于PCB走線的特性阻抗，那么在沒(méi)有源端端接的情況下，必然產(chǎn)生信號(hào)振鈴。信號(hào)振鈴的過(guò)程可以用反彈圖來(lái)直觀的解釋。假設(shè)驅(qū)動(dòng)端的輸出阻抗是10歐姆，PCB走線的特性阻抗為50歐姆(可以通過(guò)改變PCB走線寬度，PCB走線和內(nèi)層參考平面間介質(zhì)厚度來(lái)調(diào)整)，為了分析方便，假設(shè)遠(yuǎn)端開(kāi)路，即遠(yuǎn)端阻抗無(wú)窮大。驅(qū)動(dòng)端傳輸3.3V電壓信號(hào)。我們跟著信號(hào)在這條傳輸線中跑一次，看看到底發(fā)生了什么?為分析方便，忽略傳輸線寄生電容和寄生電感的影響，只考慮阻性負(fù)載。下圖為反射示意圖。第1次反射：信號(hào)從芯片內(nèi)部發(fā)出，經(jīng)過(guò)10歐姆輸出阻抗和50歐姆PCB特性阻抗的分壓，實(shí)際加到PCB走線

3、上的信號(hào)為A點(diǎn)電壓3.3*50/(10+50)=2.75V。傳輸?shù)竭h(yuǎn)端B點(diǎn)，由于B點(diǎn)開(kāi)路，阻抗無(wú)窮大，反射系數(shù)為1，即信號(hào)全部反射，反射信號(hào)也是2.75V。此時(shí)B點(diǎn)測(cè)量電壓是2.75+2.75=5.5V。第2次反射：2.75V反射電壓回到A點(diǎn)，阻抗由50歐姆變?yōu)?0歐姆，發(fā)生負(fù)反射，A點(diǎn)反射電壓為-1.83V，該電壓到達(dá)B點(diǎn)，再次發(fā)生反射，反射電壓-1.83V。此時(shí)B點(diǎn)測(cè)量電壓為5.5-1.83-1.83=1.84V。第3次反射：從B點(diǎn)反射回的-1.83V電壓到達(dá)A點(diǎn)，再次發(fā)生負(fù)反射，反射電壓為1.22V。該電壓到達(dá)B點(diǎn)再次發(fā)生正反射，反射電壓1.22V。此時(shí)B點(diǎn)測(cè)量電壓為1.84+1.22+

4、1.22=4.28V。第4次反射：第5次反射：如此循環(huán)，反射電壓在A點(diǎn)和B點(diǎn)之間來(lái)回反彈，而引起B(yǎng)點(diǎn)電壓不穩(wěn)定。觀察B點(diǎn)電壓：5.5V-1.84V-4.28V-，可見(jiàn)B點(diǎn)電壓會(huì)有上下波動(dòng)，這就是信號(hào)振鈴。下圖為B點(diǎn)電壓隨反射次數(shù)的變化示意圖。1.2.2 振鈴現(xiàn)象的研究設(shè)源端電阻為，遠(yuǎn)端電阻為無(wú)窮大，傳輸線特性阻抗為50歐姆。當(dāng)時(shí)，變化曲線如上圖所示。當(dāng)時(shí)，變化曲線如下圖所示當(dāng)時(shí)，得到的變化曲線如下圖所示分析以上三圖，得到如下結(jié)論 當(dāng)源端電阻大于等于傳輸線特性阻抗時(shí)，不會(huì)發(fā)生過(guò)沖及振鈴現(xiàn)象； 當(dāng)源端電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳輸線特性阻抗時(shí)，雖不會(huì)發(fā)生振鈴現(xiàn)象，但上升時(shí)間增大； 以上三種狀態(tài)的輸出電壓最終穩(wěn)定

5、在3.3V，與集總參數(shù)電路分析結(jié)果一一致； 理論上當(dāng)源端電阻為50歐時(shí)，脈沖進(jìn)入穩(wěn)定的時(shí)間最短。1.3 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象1.3.1 振鈴現(xiàn)象原因的證據(jù)一當(dāng)B點(diǎn)連接導(dǎo)線時(shí)，用同軸線連接C至1M內(nèi)阻的示波器，觀察到如上圖所示現(xiàn)象，綠線為C點(diǎn)輸出的電壓波形，黃線為直接用示波器探頭測(cè)量A點(diǎn)的電壓波形?？梢?jiàn)C點(diǎn)至示波器的同軸線在示波器輸入端出發(fā)生了反射，并且影響了A點(diǎn)的電壓波形。將同軸線從C點(diǎn)斷開(kāi)，觀察到現(xiàn)象如下圖所示由于沒(méi)有同軸線在示波器處的反射，A點(diǎn)的波形質(zhì)量也變好，上升平穩(wěn)。1.3.2 振鈴現(xiàn)象原因證據(jù)二當(dāng)B點(diǎn)連接0歐姆電阻時(shí)，觀察到如下現(xiàn)象（a）沿的情況（b）上升沿情況當(dāng)B點(diǎn)連接5歐電阻時(shí)，觀察到如下現(xiàn)象（a）沿的情況（b）上升沿情況當(dāng)B點(diǎn)連接20歐電阻時(shí)，觀察到如下現(xiàn)象（a）沿的情況（b）上升沿情況當(dāng)B點(diǎn)連接1k的電阻時(shí)，觀察的現(xiàn)象如下（a）沿的情況（b）上升沿情況由以上實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可以總結(jié)：當(dāng)源端電阻小于傳輸線特性阻抗時(shí)，會(huì)發(fā)生振零現(xiàn)象；當(dāng)源端電阻遠(yuǎn)大于特性阻抗時(shí)，不會(huì)發(fā)生振鈴現(xiàn)象，但上升沿時(shí)間大大增長(zhǎng)。1.4 振鈴現(xiàn)象的解決方案這是高速電路中的一個(gè)信號(hào)完整性問(wèn)題，主要解決好不匹配即可。其中的一種方法為：（a）串行端接是通過(guò)在盡量靠近源端的位置串聯(lián)一個(gè)電阻 RS ( 典型 10 75 ) 來(lái)實(shí)現(xiàn)的。此類端接法要求緩沖器阻抗和端接電阻值的總和等于傳輸線的特征阻抗。這種策略通過(guò)使源端