容性反射和感性反射

反射是因为阻抗突变,实际产品设计中,需要注意阻抗突变的情况有很多,比如封装引线、信号转换层的过孔、焊盘、桩线、分支结构、返回路径的跨分割等等。阻抗突变分为容性突变和感性突变,容性突变和感性突变对应于容性反射和感性反射。

容性反射

实际产品设计中,常见的容性反射发生于信号链路的过孔和焊盘。为了直观体现容性反射的容性特征,搭建相关的电路,如下图:

仿真得出电容的电压电流曲线:

仿真的结果说明,电容上电压不会突变,电压曲线是缓慢上升的。也就是说,电容的充放电是需要时间的,很多资料会给出电容充放电电压和电流的相关公式:

由仿真结果和公式可以看出,充电曲线是呈指数增长的,放电曲线是呈指数衰减的。经过5个时间常数的时间间隔后,充电电压向上增长到终值的99%(可认为100%),同理也可以推出,放电电流向下衰减,可衰减99%(可认为100%),至初值的1%(可认为0%)。

在实际的工作中,我们还需要关注的是容性反射对信号质量的影响。搭建相关仿真电路:

修改不同的电容容值,来体现产品设计中遇到的不同大小的容性反射,仿真得出的曲线如下:

仿真结果说明,容性反射会影响信号上升边,容性反射越大,上升边越缓。

除了电容反射的容性问题,还有不同速率的信号遇到容性反射,会有什么不同?仿真电路的搭建如上图,只是修改脉冲的上升边下降沿时间,来模拟不同信号。

仿真结果说明,信号上升边越小,容性反射对其影响就越大。

感性反射

实际产品设计中,常见的感性反射发生于信号链路的反焊盘和跨分割。为了直观体现感性反射的感性特征,搭建相关的电路,如下图:

仿真的结果说明,电感的电流不能突变,电流曲线是缓慢上升的;电压因为反射,瞬时到最大值。

在实际的工作中,我们需要关注感性反射对信号质量的影响。搭建相关仿真电路:

仿真结果说明,感性反射会影响信号上升边,感性反射越大,上升边越缓。

除了电感反射的感性问题,还有不同信号遇到感性反射,会有什么不同?仿真电路的搭建如上图,只是修改脉冲的上升边下降沿时间,来模拟不同信号。

仿真结果说明,信号的上升边越小,感性反射引起的噪声越大,对其影响就越大。

不同感值在源端和终端得到的曲线是不同的,下图比较直观体现相互关系:

总结

最后,给出容性反射和感性反射仿真结果的曲线,来比较一下容性反射和感性反射的不同。

容性反射和感性反射在产品的设计中,不可避免,了解其基础特征,能在实际工作更清楚一些波形的背后原理,有助于实际问题的解决。

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