高速电路板的反射问题分析及仿真

摘 要：文章基于PADS中Hyperlynx仿真软件结合实例仿真，分析高速电路板由于传输线上的阻抗不连续导致信号反射问题的抑制办法，并给出抑制反射的各种端接技术——串联端接、并联端接、戴维南端接，通过仿真结果进行对比阐述，此端接技术可以有效的抑制反射问题。

关键词：高速PCB；反射；Hyperlynx仿真软件

引言

当今是高速化发展的信息时代，使得高速PCB的应用也越来越广泛。针对于高速PCB的开发设计，必须认真研究分析具体情况，根据规则合理进行布局、布线。文章基于PADS中Hyperlynx仿真软件，将高速电路板布局的相关问题比较透彻的进行仿真，结合理论分析，得出了一些有效的解决措施。对于电子工程师今后绘制PCB板，有一定的指导意义。

1 产生反射的原因

导致信号反射的原因是因为传输线上的阻抗不连续。当传输线上的阻抗是连续的，不会产生反射，此为理想传输线模型。如果传输线的特性阻抗小于负载阻抗，那么将负载端多余的能量反射回源端，由于负载端全部能量没有被吸收，故称这种情况为欠阻尼。如果传输线的特性阻抗大于负载阻抗，此时与当前源端提供的能量相比，负载试图消耗更多的能量，因此通过反射通知源端输送更多的能量，这种情况称为过阻尼。欠阻尼和过阻尼都会引起反向传播的波形，某些情况下在传输线上会形成驻波。

2 反射引起的振铃效应

通过Hyperlynx软件，构建原理图建立仿真模型，将源端、接收端和传输线激活。设置型号均为74HCXX：GATE-2的两接收端器件，型号为74AC11X：LINE-D的源端器件。第一段为微带线传输线，第二段为带状线传输线，原理图如图1所示。仿真结果如图2所示，因为阻抗不匹配，从图2可以发现，在阻抗突变界面上产生多次反射，不同程度的畸变（振铃）出现在源端波形和接收端波形中。由于智能端接分析功能，可从Hyperlynx中查阅推荐电阻值为28.1欧姆。再次进行仿真，如图3所示。

观察3.0ns之后的接收端和源端波形的波动幅度，比较图2和图3，可以看出端接电阻后的仿真图中源端和接收端的波动幅度较小。由此为了减小源端和接收端振铃现象，可以端接电阻。

3 抑制反射的方法——端接

对于大多数系统来说反射过大影响性能，我们通过一些方法可以有效的消弱反射。通过仿真分析，将端接电阻进行匹配从而可以达到减少反射的目的。有多种方式可以进行匹配阻抗：包括并联终端匹配，串联终端匹配，戴维南终端匹配。先将具体方法分析如下：

3.1 并联端接法

终端匹配技术中最简单的方法为并联终端匹配法。传输线的末端通过一个电阻R接到地或者接到VCC上，以实现终端的阻抗匹配。建立一个仿真原理图，通过New Cell-Based Schematic指令建立仿真模型，将源端、接收端和传输线激活。設置型号为COMS，3.3V，FAST的源端及接收端器件，并联端接82微欧的电阻。运行仿真，分别仿真并联终端匹配前、并联终端匹配后的状态情况。波形如图4、5所示。

仿真结果如图4和图5所示，比较并联终端匹配前和并联终端匹配后的仿真结果，针对源端和接收端的波动幅度观察两图波形，图5的波动幅度较小。因此可以得出消弱源端和接收端的反射现象的方法之一是采用并联终端匹配。

3.2 串联端接法

在信号线和驱动器输出端之间串联一个电阻即为串联终端匹配法。修改原理图，设置82微欧电阻串联在接收端和源端之间，删去原先的并联电阻。通过对走线进行串联终端匹配前、串联终端匹配后的仿真，波形如图4、6所示。

比较仿真结果图4和图6的波动幅度，图6源端和接收端的波动幅度明显比图4的小。由此可以得出通过串联匹配电阻可以消弱反射，并且将图6和图5的仿真波形比较，采用串联终端方式比并联终端方式消弱反射的效果更优。

3.3 戴维南终端匹配法

通过信号线的特征阻抗Z0和两个电阻来RP和RD的并联实现终端匹配的方法，称为组合戴维南终端匹配法。修改原理图，将接收端的上拉电阻RP和下拉电阻RD激活，设置电阻阻值为82微欧，建成原理图如图7所示。通过对走线进行戴维南终端匹配前、戴维南终端匹配后的仿真，波形如图4、8所示。

比较仿真结果图4和图8的波形波动幅度，图8的波动幅度比图4的小。从而得出戴维南终端匹配法可以消弱源端和接收端的反射现象。并且针对这三种方法的仿真模型图可见，戴维南终端匹配效果比串联终端和并联终端都要好，是这三种端接效果最优的方法。

4 结束语

在此，希望文章能给予正在从事高速电路板设计的电子工程师、对高速PCB的反射问题感兴趣的朋友们提供解决此类问题的新思路与新方法。

参考文献

[1]崔玉美.高速电路PCB板的反射问题分析及仿真[J].计算机应用与软件，2010，57（11）：92-94.

[2]邵鹏.高速电路设计与仿真分析[M].电子工业出版社，2010.

[3]王剑宇，苏颖.高速电路设计实践[M].电子工业出版社，2010.

作者简介：王磊，青岛科技大学自动化与电子工程学院控制工程专业硕士。