信号完整性一

  1. 信号完整性:

什么时是信号完整性呢?先看一张图如右:

从右图我们可以看到当信号走过两个90度导线时其对应的电压波形,很显然这个90度的导线会对信号产生很大的干扰,而这个干扰最主要的原因就是导线弯曲的部分对其作用,那么这个影响体现在哪些方面呢?或者说造成信号波动的根本原因是什么呢?这就是信号完整性要解决的问题所在。

信号完整性是对信号在传输介质过程中信号质量好坏的一个衡量标准,通俗的来讲就是说如果信号在传输的过程中其信号保持的很好就说明其信号完整性好,反之则不好。比如对于一个电路系统来说,其传输介质就是导线,信号可能是电压,电流,电荷或者其他可测量的电学量,那么保证这些信号在传输介质中的质量就显得格外重要。

为了解决以上问题,我们必须对其原因深入分析。

上图电压波形在两个90度之间发生多次震荡,像这种由于电气结构使信号发生震荡的现象我们称为振铃,这种现象的本质是什么呢?

其实在导线发生90度弯曲处,其横截面积发生了改变,其电阻也会发生改变,那么电阻改变有意味着什么呢?其实对于低频信号而言,比如在80MHz以下,其弯曲阻抗所改变的大小很小,这个值对于缓慢的信号而言是不会发生太大的影响,这个就像湍急的河流进入狭小的通道一样,这时水流就会很大的冲击通道侧壁,但对于很缓慢的河流就显得微乎其微,当然这只是一个不恰当的比喻,其实根本原因是阻抗匹配问题。当信号从阻抗小的地方流进阻抗大的地方时,高速的信号功率在某个点是定值,一旦流进阻抗大的地方,其功率来不及改变,那只能通过减少电流或电压来使其达到平衡,这样就会多出一部分电流或者电压,这部分电流或者电压就会按原路返回,这个过程叫做反射,反射会的电流或者电压由于电场的作用又会按电流的方向进行,其结果就会导致多次反射,这样就形成的震荡,也就是振铃现象。既然知道的导线弯折会改变其阻抗,进而对信号产生负影响,那么我们可以在画PCB走线的时候将其导线画成弯曲的走线,是的,这种方法确实可以改善信号完整性,那么让我们先看看下面两个图:

虽然图一的信号完整性好于图二,但是总感觉很不舒服,这种弯曲的布线会使人感觉走线特别凌乱,所以一般取折衷,采用两个135度来代替90度。

那么还有哪些因素会导致信号完整性的下降呢?其实归根到底就是阻抗在作怪,阻抗的改变是其罪魁祸首,只要解决了阻抗改变的问题,就基本解决了信号完整性的问题。但问题就在阻抗分析非常的复杂,因为对于高频的交流信号而言,电路中不仅仅只有电阻,还有电容,电感,以及寄生电容和寄生电感,还有电路空间的电磁干扰等等,这些问题综合在一起就变得很复杂,所以信号完整性的好坏是诸多因素共同作用的结果。

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