PCB傳輸線之SI反射問題

　　1. SI問題的成因

　　SI問題最常見的是反射，我們知道PCB傳輸線有“特征阻抗”屬性，當互連鏈路中不同部分的“特征阻抗”不匹配時，就會出現反射現象。

　　SI反射問題在信號波形上的表征就是：上沖/下沖/振鈴 等。

　　下圖所示是一個典型的高速信號互連鏈路，信號傳輸路徑包括：①發送端芯片(封裝與PCB過孔)②子卡PCB走線③子卡連接器④背板PCB走線⑤對側子卡連接器⑥對側子卡PCB走線⑦AC耦合電容⑧接收端芯片(封裝與PCB過孔)

　　圖1 典型高速信號互連鏈路

　　可以看出，實際電子產品的高速信號互連鏈路是比較復雜的，而且通常在不同部件連接點處是會產生阻抗失配的問題、從而造成信號的發射。

　　高速互連鏈路常見的阻抗不連續點：

　　(1) 芯片封裝：通常芯片封裝基板內的PCB走線線寬會比普通PCB板細很多，阻抗控制不容易;

　　(2) PCB過孔：PCB過孔通常為容性效應，特征阻抗偏低，PCB設計最應該關注與優化;

　　(3) 連接器：連接器內銅互連鏈路的設計要同時受到機械可靠性與電氣性能的雙重影響，在兩者之間尋求平衡;

　　PCB走線反而一般情況下阻抗控制比其他互連部件更容易，重點關注層疊設計、板材選擇，但通常PCB加工板廠的阻抗控制公差為10%，要達到5~8%的阻抗公差控制往往需要花費更高的加工成本。

　　2. 傳輸線反射基礎理論

　　當驅動器加信號到傳輸線時，信號的幅度依賴于驅動器的電壓與電阻和傳輸線阻抗。驅動器上的初始電壓通過自身電阻和傳輸線阻抗的分壓來控制。

　　下圖描繪了加在長的傳輸線上的初始波形，初始的電壓Vi傳送到傳輸線上直到到達末端，Vi的幅度通過驅動器電阻和傳輸線阻抗的分壓來決定：

　　圖2 信號波形在長傳輸線的傳播

　　如果傳輸線的末端端接一個阻抗，而且這個阻抗與線的阻抗精確的匹配，那么幅度為Vi的信號將被端接到地，電壓Vi將仍保持在線上直到信號源轉換。在這種情況下Vi是dc穩態值。否則，如果傳輸線的末端的阻抗不是線的特征阻抗，信號的一部分端接到地，信號的其余部分將被反射到傳輸線回到源。反射回的信號的量通過反射系數決定，反射系數由確定的點的反射電壓和輸入電壓的比決定。這個點定義為傳輸線上阻抗不連續。阻抗不連續可以是不同特征阻抗的傳輸線的一部分，也可以是端接電阻或者是到芯片緩沖器上的輸入阻抗。