摘要：随着微电子技术的不断发展,在数字系统设计中系统工作频率不断增加，高速器件的使用越来越广泛。对信号进行完整性分析已经成为高速数字电路设计中的一个必要环节。本文主要讨论了在设计高速数字电路时遇到的信号完整性反射噪声问题。首先从理论上分析了信号反射产生的原因及解决方法，然后以高速数字测试模块为例，利用mentorgraphics公司的hyperlynx软件进行仿真验证，以达到在设计阶段消除反射噪声的目的。
关键词：高速；信号完整性；反射；hyperlynx；仿真。
analysisandresolutionofthesignalreflectioninhighspeeddigitalcircuit
bimingchenguangjuxieyongle
(schoolofautomationengineering,uestcchengdu610054china)
abstract:withthedevelopmentofmicroelectronicsandtheincreaseofworkingfrequencyofdigitalsystem.highspeeddeviceshavebeingusedbroadly.itisnecessarytoanalysissignalintegrityindesigninghigh-speeddigitalcircuit.thisarticlediscussoneofproblemsofthesignalintegrityindesigninghigh-speeddigitalcricuit－reflectionnoise.first,thearticleanalysistheoriginalofsignalreflectionandhowtoresolveitintheory,thenproveitthroughsimulationusinghyperlynxofmentorgraphicscorporation,inordertoeliminatereflectionnoiseindesignphase.
keywords:high-speed;signalintegrity;reflection;hyperlynx;simulation
1引言
通常所说的高速数字电路是指电路的频率达到或超过一定数值，而且工作在这个频率之上的电路已经占到整个电子系统一定的份量。实际上，判定一个电路是否为高速电路并不能只从信号的频率去考虑，当信号的传输延迟大于信号上升时间的2o％时，电路板上的信号导线就会呈现出传输线效应，整个系统为分布式系统，此时这种电路即为高速电路。当前，电子系统与电路全面进入高速、高频设计领域。随着ic工艺的不断提高，驱动器的上升沿和下降沿由原来的十几ns减小到几ns，有的甚至达到ps量级。这时必须要考虑由传输线效应引起的信号完整性反射噪声问题，这已经成为高速数字电路设计中的一个主要问题。
2信号完整性概述
从广义上讲,信号完整性指的是在高速数字电路中由互连线引起的所有问题。它主要研究互连线与数字信号的电压，电流波形相互作用时，电气特性参数如何影响产品的性能。信号完整性问题主要包括以下四类问题：单一网络的信号反射；多网络间的串扰；电源和地分配中的轨道塌陷；电磁干扰和辐射。在这里主要讨论单一网络的信号反射噪声问题。
3、信号反射噪声的形成
在高速数字电路中，信号在pcb板上沿传输线传输，遇到阻抗不连续时，就会有部分能量从阻抗不连续点沿传输线返回，从而产生反射。其大小与阻抗失配的程度有关，阻抗失配越大，反射就越大。如图1所示：
图1信号反射示意图
反射系数p=vreflected/vincident=(zt-zo)/(zt+zo)，其中zt表示负载阻抗，zo表示传输线阻抗。
从公式中可以看出，当zt=zo时反射系数为0，没有反射产生；当zt≠zo时，将产生反射现象。反射是造成上冲、下冲和振铃的直接原因，是高速数字电路中最常见的信号完整性问题。为了减小由反射造成的信号完整性问题，在所有的高速电路板中必须运用以下3个重要的设计因素：(1)使用可控阻抗的互连线；(2)使用合理的布线拓扑结构。(3)对传输线进行阻抗匹配。
4端接匹配技术
在高速数字系统中，传输线上阻抗不匹配会引起信号反射，减小和消除反射的方法是根据传输线的特性阻抗在其发送端或接收端进行终端阻抗匹配，从而使源反射系数或负载反射系数为零。传输线的端接通常采用两种策略：
(1)使负载阻抗与传输线阻抗匹配，即并行端接；。
(2)使源阻抗与传输线阻抗匹配，即串行端接。
上述两种端接策略各有其优缺点，以下就简要介绍这两类主要的端接方案。
4.1并联端接
并联端接匹配是最简单的阻抗匹配技术，通过一个电阻r将传输线的末端接到地或者接到vcc，如图2所示。在数字电路设计中，返回通路上吸收的电流通常都大于电源上提供的电流。将终端匹配到vcc可以提高驱动器的能力，而将终端匹配到地则可以提高地上的吸收能力。
图2并联端接匹配示意图
4.2串联端接
串行端接匹配技术是在源端的终端匹配技术。由连接在驱动器输出端和信号线之间的一个电阻组成，如图3所示：这种匹配技术的优点是只为驱动器加入了一个电阻元件，因此相对于其它类型的电阻匹配技术来说匹配电阻的功耗是最小的，它没有为驱动器增加任何额外的直流负载，并且也不会在信号线与地之间引入额外的阻抗。此种技术在vxi接口设计，功能部分端口电路，时钟电路上都有所运用。
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