信號完整性學習筆記之電感對反射的影響

1 電感性間斷引起反射及時延

幾乎每種增加到傳輸線上的串行連接都伴隨有環路電感 。用于改變信號層的通孔，串聯端接電阻，連接器 ， 等都有額外的環路電感。

如果信號路徑中存在不連續性，環路電感主要由信號路徑的部分自感決定，盡管在返回路徑上存在部分互感。如果運回路徑上存在不連續性，返回路徑的部分自感將決定環路的電感。不管是哪種情況，信號對環路自感都是敏感的， 因為信號是電流回路， 沿著信號路徑和返回路徑之間來傳播的 。

對于一個瞬時的，快速上升時間的信號來說，串行環路電感最初看起來是一個高的阻抗。導致正的反射回到源端。 下圖表明 了在返回路徑上的一個小間隙產生感性的間隔的情況下 ， 均勻傳輸線的反射信號 。

下面的仿真則表明了當電感間隔的值不同時， 在接收端和源端的信號 。信號的上升時間為50psec，電感值分別為 0 , 1 , 5, 10nH 。在近端， 信號先上升然后又下降 ， 這種情況叫非單調性。這種特性本身不會導致信號完整性問題。

然而， 如果在近端放置接收器， 它接收到的信在超過幅值50% 的點時然后會下降到幅值的 50% 以下，這將會導致錯誤的觸發 。非單調性行為應該盡可能的避免。在遠端，發射信號會顯示過沖和時延。

通常，電路中可接受的電感的最大值依賴于噪聲的容限和電路的其它特性 。當離散的電導致走線特性阻抗增加20%時，反射信號大約為信號擺幅的10% ，通常這是反射噪聲最大的可接受的值。

如果電感的阻抗值與特性阻抗相比很小，并且上升時間為線性斜面時，我們可以估計出電感的阻抗。

估計最大可允許的電感的阻抗， 如下式 ：

電感性間隔還會增加延時， 當上升時間很短，并且發射信號的上升時間由串聯電感決定，發射信號上升時間大約為 ：

TDadded =信號上升到幅值的50%時的時延， 單位 ns

下圖表明了在電感性間隔分別為 0 , 1，5, 10nH時， 對時延的比較 。

2 對環路電感的補償方法

通常，電路中的串聯環路電感是不可避免的，特別是電路本身已設計有一個連接器 。這會導致產生過量的反射噪聲?？梢酝ㄟ^補償的方法來消除部分噪聲。

理想的傳輸線可近似為一個 n 段的 LC 網絡，任一段的特性阻抗為：

電感性間隔可以通過在兩邊增加小的電容，轉換到傳輸線的片斷。如圖所示 。在種情況下，電感的表現性阻抗為；

為了減小反射噪聲，目標就是要找到合適的電容值，使連接器表觀的特性阻抗 Z1 與剩余電路的特性阻抗Z0相等。按照上面的關系，增加的電容值為：

例如， 連接器的電感為10nH，走線的特性阻抗為50歐姆，要增加的補償電容為 10/50^2=0.004nF=4pF。為 了達到最佳補償，需要的電感的兩端各分配一個2pF的電容。

下圖所示是三種情況下的發射信號和反射信號，沒有連接器，帶有連接器但是未被補 ， 經過補償的連接器 。 該圖仿真的是10nH 的 電感性間隔， 上升時間為0.5ns 。經過補償的連接器是在電感兩邊各放置一個2pF的電容。

這種補償方法也同樣適用于其它的電感性問隔存在的情況，比如通孔，電阻等 。