高速信号反射分析模型

　　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。

　　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。

　　图3 反射模型Hyperlynx电路原理图

　　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？

　　如图5所示，当源内阻小于传输线特性阻抗时会出现振铃，称为过载传输线；当源内阻大于传输线特性阻抗时会将信号上升沿拉长，称为欠载传输线；只有当二者相等时，多次反射才不会发生；终的电压都稳定在3V，因为负载端开路。在第5章里将详细介绍为了排除源端反射所要采取的端接方法。

　　图5 源内阻变化时的接收端电压