近来做项目总是遇见讯号过冲问题,通常同时存在上冲和下冲。另外还有与之对应的回沟问题。
准备把这块内容学习总结下:
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一般主芯片与其他外设之间有许多传输线,讯号在这种传输线(PCB上的走线)上行走。在高速讯号中,一般存在讯号的完整性问题。影响讯号完整性的诱因之一就是,阻抗不匹配。这时侯在传输线上因为阻抗不匹配,讯号会存在反射情况,反射讯号与原始讯号叠加,才会形成过冲、回沟、台阶等讯号完整性的问题。
定义:过冲是在电平发生跳变时出现的一种现象,电平跳变后第一个峰值电流或谷值电流超过设定的标准电流(通常主芯片会对那些IO口的过充值进行限制,一般是[-0.3V~VCC+0.3V])。假如以后第二、三个峰值电流存在较大起伏,则产生振铃。
害处:1.过冲的存在会影响芯片的使用寿命,由于峰值电流超出IO的承受能力,会使内部元件遭到毁坏电流过大解决方法,也会毁坏电路元元件。影响寿命的程度主要看过冲的最急剧值、持续时间和发生频度。2.过冲、回沟和振铃也会影响接收端对高低电平的判定电流过大解决方法,尤其是回沟。假如回沟的低值大于高电平,则会造成形成两次高低电平跳变的表象,因而造成接收端错判。
形成缘由(阐述,详情可以百度到):主要诱因在于传输线的阻抗不匹配,导致讯号的反射,多个反射讯号和原讯号在传输线上进行了叠加,造成过冲和振铃。(可以想像下光从空气中射入水底,两个地方的传输系数不同)
构建模型:源端—Rs—Rz—末端
通常理想情况下,末端接受的输入阻抗无穷大,源端输出端的输出阻抗趋近于0。设源端串接的匹配内阻阻抗为Rs,传输线(PCB走线)阻抗为Rz。讯号会在传输线两端无休止的反射振荡,反射电流的幅值越来越趋近于0,最终趋向稳态。
假如RsRz,则边缘会变缓或则形成回沟,上升时间变长。Rs=Rz,才是理想的状态。
解决方式:
1.若果是主芯片发出来的讯号过冲,则可以减少驱动电压。(而且通常不用,由于大多是PCB会不一样,因而阻抗也不一样,假若每款都调驱动电压,则变动较多)
2.源端内阻修改,进行阻抗匹配。本质上是去除讯号路径上的阻抗突变。(在设计原理图时就须要在源端预留一个内阻位置,但是PCB布局时置于紧靠源端的位置)(后续过冲问题更改时,可以通过估算阻抗值,或则拿大内阻试下去)
3.在末端并联一个匹配内阻到电源或则地(类似上下拉内阻)。这个可以去除讯号在末端的一次反射,但降低了帧率,通常不用。
4.降低TVS管限制峰值。(考虑成本问题,通常也不用)
5.在源端降低一个对地的电容。电容可以抑制讯号的突变,进而使讯号边缘变缓达到减少过冲的目的。而且边缘变缓后也会影响一些讯号的传输和辨识,尤其是对边缘时间有要求的。因而也不会常用,用的时侯也是上件容值小的电容,增加RC值。
参考:嵌入式工作室