在高速信號(hào)傳輸中，信號(hào)傳輸線上的反射是一個(gè)重要的問題。當(dāng)信號(hào)從信號(hào)源發(fā)送到終端設(shè)備時(shí)，信號(hào)在傳輸線上會(huì)遇到線路特性不連續(xù)的變化，如端口、接口或連接器的變化。這種變化導(dǎo)致信號(hào)的部分能量被反射回傳輸線中，形成反射波。這種反射波可能會(huì)干擾原始信號(hào)，引發(fā)信號(hào)完整性問題，如時(shí)序錯(cuò)誤、眼圖閉合不良等。

如何進(jìn)行高速信號(hào)反射仿真

接下來我們使用SigXplorer來學(xué)習(xí)如何進(jìn)行高速信號(hào)反射仿真。

Cadence SigXplorer軟件是一種用于高速信號(hào)完整性分析和信號(hào)完整性的解決方案。它主要用于設(shè)計(jì)和驗(yàn)證電子產(chǎn)品中的高速信號(hào)傳輸線路，以確保信號(hào)的可靠性和穩(wěn)定性。

SigXplorer可以對(duì)高速信號(hào)傳輸線路進(jìn)行電磁仿真分析，包括考慮反射、傳輸線損耗、散射參數(shù)等因素。通過仿真，可以分析信號(hào)的傳輸特性，如延遲、振幅、眼圖、時(shí)域波形等，幫助設(shè)計(jì)師評(píng)估信號(hào)完整性。

SigXplorer可以幫助設(shè)計(jì)師分析和優(yōu)化信號(hào)傳輸線路的工程參數(shù)，例如線路幾何、終端阻抗匹配、負(fù)載和驅(qū)動(dòng)器配置等，以降低反射、串?dāng)_、眼圖閉合等問題的風(fēng)險(xiǎn)。通過對(duì)不同設(shè)計(jì)方案進(jìn)行仿真和比較，設(shè)計(jì)師可以選擇最優(yōu)的方案來提高信號(hào)完整性。

在高速信號(hào)傳輸時(shí)，傳輸線非理想線，包含分布參數(shù)如電容、電感和電阻，此時(shí)對(duì)于信號(hào)來講這些參數(shù)形成的阻抗就是瞬時(shí)阻抗值。當(dāng)信號(hào)在傳輸過程中遇到阻抗突變時(shí)，會(huì)導(dǎo)致部分能量返回，形成反射。

圖 1

反射會(huì)造成過沖、過跌、振鈴（信號(hào)來回反射）等問題。嚴(yán)重的過沖、過跌問題會(huì)導(dǎo)致信號(hào)傳輸錯(cuò)誤。

圖 2

在圖1的傳輸鏈路中，OUT1輸入，內(nèi)阻約10 Ohm，IN1端輸出，內(nèi)阻無窮大，傳輸線TL1阻抗50 Ohm。當(dāng)發(fā)射端激勵(lì)為2.5v，50MHz的方波時(shí)，接收的信號(hào)波形如圖2所示。信號(hào)過沖到3.4V，然后下跌到2v，再經(jīng)過反復(fù)震蕩后穩(wěn)定在2.5v。

反射系數(shù)為（末端阻抗-始端阻抗）/（末端阻抗+始端阻抗），初始電壓為發(fā)射端內(nèi)阻10 Ohm與傳輸線50 Ohm的分壓，即2.08V。具體反射過程如圖3所示。（由于傳輸線損耗問題，理想情況下的理論計(jì)算與實(shí)際會(huì)有偏差）

圖 3

為了減少信號(hào)反射，可以采取一些措施，例如使用串聯(lián)端接電阻。如圖4所示。

圖 4

當(dāng)串聯(lián)的電阻阻值從0 Ohm到50 Ohm之間變化時(shí)，信號(hào)的反射也會(huì)相應(yīng)變化，接收端的信號(hào)波形如圖5所示。可以看出，當(dāng)串聯(lián)電阻為40 Ohm時(shí)，發(fā)射端內(nèi)阻與40 Ohm電阻之和約等于傳輸線阻抗50 Ohm，從上述反射系數(shù)的計(jì)算方法可知，發(fā)射端一側(cè)反射系數(shù)為0，而接收端一側(cè)的反射系數(shù)仍然是1，所以，信號(hào)在接收端全部反射回來，在發(fā)射端不在反射，信號(hào)只經(jīng)歷一次反射，從而使信號(hào)的傳輸更穩(wěn)定。

圖 5

通常，發(fā)射端的輸出阻抗較低，接收端的輸入阻抗遠(yuǎn)高于傳輸線特性阻抗，如果不做任何處理，信號(hào)就會(huì)產(chǎn)生反射，影響信號(hào)傳輸質(zhì)量。阻抗突變是產(chǎn)生反射的主要原因，在PCB設(shè)計(jì)過程中，需要盡可能避免阻抗突變，來提高信號(hào)傳輸質(zhì)量。

SigXplorer軟件主要用于高速信號(hào)完整性分析和優(yōu)化。它幫助設(shè)計(jì)師評(píng)估和改進(jìn)信號(hào)傳輸線路的性能，確保信號(hào)的可靠性和穩(wěn)定性，以滿足高速系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。進(jìn)行高速信號(hào)反射仿真分析可以幫助設(shè)計(jì)師更好地了解信號(hào)的傳輸特性和反射問題，從而優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高信號(hào)的完整性和可靠性。

上述過程是在SigXplorer中實(shí)現(xiàn)的仿真過程，目前Sigrity 2021最新版本的最新工具SigrityTopology Explorer不僅具有SigXplorer的拓?fù)渥詣?dòng)提取、仿真與規(guī)則管理器集成等功能，還使用了與Sigrity SystemSI相同的模塊設(shè)計(jì)和交互方式，IO model也可以直接使用IBIS模型，大大優(yōu)化了SigXplorer的使用體驗(yàn)。