高速電路板的反射問題分析及仿真

摘 要：文章基于PADS中Hyperlynx仿真軟件結合實例仿真，分析高速電路板由于傳輸線上的阻抗不連續導致信號反射問題的抑制辦法，并給出抑制反射的各種端接技術——串聯端接、并聯端接、戴維南端接，通過仿真結果進行對比闡述，此端接技術可以有效的抑制反射問題。

關鍵詞：高速PCB；反射；Hyperlynx仿真軟件

引言

當今是高速化發展的信息時代，使得高速PCB的應用也越來越廣泛。針對于高速PCB的開發設計，必須認真研究分析具體情況，根據規則合理進行布局、布線。文章基于PADS中Hyperlynx仿真軟件，將高速電路板布局的相關問題比較透徹的進行仿真，結合理論分析，得出了一些有效的解決措施。對于電子工程師今后繪制PCB板，有一定的指導意義。

1 產生反射的原因

導致信號反射的原因是因為傳輸線上的阻抗不連續。當傳輸線上的阻抗是連續的，不會產生反射，此為理想傳輸線模型。如果傳輸線的特性阻抗小于負載阻抗，那么將負載端多余的能量反射回源端，由于負載端全部能量沒有被吸收，故稱這種情況為欠阻尼。如果傳輸線的特性阻抗大于負載阻抗，此時與當前源端提供的能量相比，負載試圖消耗更多的能量，因此通過反射通知源端輸送更多的能量，這種情況稱為過阻尼。欠阻尼和過阻尼都會引起反向傳播的波形，某些情況下在傳輸線上會形成駐波。

2 反射引起的振鈴效應

通過Hyperlynx軟件，構建原理圖建立仿真模型，將源端、接收端和傳輸線激活。設置型號均為74HCXX：GATE-2的兩接收端器件，型號為74AC11X：LINE-D的源端器件。第一段為微帶線傳輸線，第二段為帶狀線傳輸線，原理圖如圖1所示。仿真結果如圖2所示，因為阻抗不匹配，從圖2可以發現，在阻抗突變界面上產生多次反射，不同程度的畸變（振鈴）出現在源端波形和接收端波形中。由于智能端接分析功能，可從Hyperlynx中查閱推薦電阻值為28.1歐姆。再次進行仿真，如圖3所示。

觀察3.0ns之后的接收端和源端波形的波動幅度，比較圖2和圖3，可以看出端接電阻后的仿真圖中源端和接收端的波動幅度較小。由此為了減小源端和接收端振鈴現象，可以端接電阻。

3 抑制反射的方法——端接

對于大多數系統來說反射過大影響性能，我們通過一些方法可以有效的消弱反射。通過仿真分析，將端接電阻進行匹配從而可以達到減少反射的目的。有多種方式可以進行匹配阻抗：包括并聯終端匹配，串聯終端匹配，戴維南終端匹配。先將具體方法分析如下：

3.1 并聯端接法

終端匹配技術中最簡單的方法為并聯終端匹配法。傳輸線的末端通過一個電阻R接到地或者接到VCC上，以實現終端的阻抗匹配。建立一個仿真原理圖，通過New Cell-Based Schematic指令建立仿真模型，將源端、接收端和傳輸線激活。設置型號為COMS，3.3V，FAST的源端及接收端器件，并聯端接82微歐的電阻。運行仿真，分別仿真并聯終端匹配前、并聯終端匹配后的狀態情況。波形如圖4、5所示。

仿真結果如圖4和圖5所示，比較并聯終端匹配前和并聯終端匹配后的仿真結果，針對源端和接收端的波動幅度觀察兩圖波形，圖5的波動幅度較小。因此可以得出消弱源端和接收端的反射現象的方法之一是采用并聯終端匹配。

3.2 串聯端接法

在信號線和驅動器輸出端之間串聯一個電阻即為串聯終端匹配法。修改原理圖，設置82微歐電阻串聯在接收端和源端之間，刪去原先的并聯電阻。通過對走線進行串聯終端匹配前、串聯終端匹配后的仿真，波形如圖4、6所示。

比較仿真結果圖4和圖6的波動幅度，圖6源端和接收端的波動幅度明顯比圖4的小。由此可以得出通過串聯匹配電阻可以消弱反射，并且將圖6和圖5的仿真波形比較，采用串聯終端方式比并聯終端方式消弱反射的效果更優。

3.3 戴維南終端匹配法

通過信號線的特征阻抗Z0和兩個電阻來RP和RD的并聯實現終端匹配的方法，稱為組合戴維南終端匹配法。修改原理圖，將接收端的上拉電阻RP和下拉電阻RD激活，設置電阻阻值為82微歐，建成原理圖如圖7所示。通過對走線進行戴維南終端匹配前、戴維南終端匹配后的仿真，波形如圖4、8所示。

比較仿真結果圖4和圖8的波形波動幅度，圖8的波動幅度比圖4的小。從而得出戴維南終端匹配法可以消弱源端和接收端的反射現象。并且針對這三種方法的仿真模型圖可見，戴維南終端匹配效果比串聯終端和并聯終端都要好，是這三種端接效果最優的方法。

4 結束語

在此，希望文章能給予正在從事高速電路板設計的電子工程師、對高速PCB的反射問題感興趣的朋友們提供解決此類問題的新思路與新方法。

參考文獻

[1]崔玉美.高速電路PCB板的反射問題分析及仿真[J].計算機應用與軟件，2010，57（11）：92-94.

[2]邵鵬.高速電路設計與仿真分析[M].電子工業出版社，2010.

[3]王劍宇，蘇穎.高速電路設計實踐[M].電子工業出版社，2010.

作者簡介：王磊，青島科技大學自動化與電子工程學院控制工程專業碩士。