PCB设计同步分析之PCB信号线的意外回音怎么处理

　　（原文来源 Jiefu Wu， Graser ；Cadence楷登PCB及封装资源中心；在此特别鸣谢！）

　　文章旨在帮助EE、Layout人员在设计前期阶段不需依靠SI/PI专家就能做初步的模拟分析，快速找出并排除常见信号/电源问题，提升设计质量和效率。

　　ReflecTIon信号反射

　　现今电子产品复杂度越趋增加，信号速度越来越快，在信号传输的过程中，如果信号不断反射便会对电子产品的运作造成影响，而这又与阻抗连续性以及阻抗匹配息息相关；而如何避免信号反射，除了在硬件设计时的规划外，在PCB设计时间针对信号传输路径进行分析和走线优化，并使传输信号的发送与接收端阻抗匹配，亦是确保产品性能良好的不二法门。

　　本篇将透过设计实例详解如何使用Allegro® PCB Designer中的 IDA （In-Design Analysis， 设计同步分析） ReflecTIon分析功能，在PCB 布线过程中同步进行信号反射分析，只要搭配零件模型的挂载，EE或Layout人员可以不需要倚靠SI人员，便能于设计中同步进行SI等级的信号反射分析，实时确认并修正PCB设计，降低失败的机率，并且减少返工的时间。

　　本文重点

　　常见信号反射问题

　　ReflecTIon分析挑战

　　如何设计同步进行ReflecTIon分析

　　零件模型设定诀窍

　　Reflection分析结果解析

　　1；什么是Reflection？PCB「信号传输线」上的意外回音

　　先前我们提到如何简单的利用Impedance分析《微信内部链接》来确认PCB上传输线的特性阻抗，现在是时候挑战巨人歌利亚，更深入地对信号做进一步分析了。

　　我们之前说到，将PCB上的信号线想象成自来水管，水在水管中流动。当水从比较宽的水管往下流动时，突然尾段水管变窄了，部分的水流无法继续前进，那就会往回冲了。同样的情况拿到PCB上来说，传送端与接收端阻抗不匹配即会造成信号的反射，此时接收端会将一部分电压反射回传送端，造成传输线中正在传送出去的信号与反射回来的信号彼此你侬我侬，互相干扰。此外，传输线经过贯孔或是连接器，以及参考地平面不连续，也均会造成信号反射。信号不稳定，系统运作就不正常。

　　想象你对着空无一人的空屋叫喊，竟然听到不应该得到的响应，岂不吓死人。

　　2

　　为什么需要Reflection分析？信号走线——失之毫厘、差之千里

　　一般在设计PCB时，Reflection（信号反射） 常于以下几种情况发生：

　　传送端与接收端阻抗不匹配。

　　信号线宽改变导致阻抗不连续。

　　传输线过孔或连接器导致阻抗不连续。

　　信号线参考的地平面（GND）有壕沟（Moat） 导致阻抗不连续。

　　以往EE / PCB Layout工程师在设计产品时，多半会沿用经验法则，或是使用其他分析工具做基本确认。但最多时候会需要专业SI人员帮忙对PCB Layout做实际模拟，得到精确的结果之后，再针对异常处做修正。而这一来一往的讨论与数据往返便耗费了许多时间；尤其在交期赶的时候，SI人员火大，EE / PCB Layout人员苦不堪言，交期延迟，客户发飙。

　　PCB Layout上的走线千百条，需要注意的地方太多，尤其信号频率越来越高，速度越来越快，有时候失之毫厘，差之千里，差那么一点点就会造成严重的影响；当客户不断要求修改设计的时候，有些细节更不能不注意，尤其是在会造成信号反射的部分。

　　在很多时候，Layout上的走线已做调整，贯孔的部分也做了初步确认，该加上的电阻/电容也加上了；但对于更高速敏感的信号，我们必须看得更深入。这时候便会需要进一步为零件挂上Models，进行分析时才能有零件的行为，并得到更为精确的结果，最后做细部的修正。

　　如果这些细部分析在PCB设计端便能够执行，利用直观的辅助分析工具帮助工程师实时分析、实时检查、实时修正，将可大大减少错误发生的机会并减少各方讨论的时间。交期不延迟，大家开心。

　　3

　　如何执行Reflection分析

　　现在Allegro中导入了Sigrity专业的仿真分析技术，将IDA （In-Design Analysis， 设计同步分析）带入PCB设计流程之中，EE或Layout工程师只需再多挂载零件模型，就可以轻松实现SI等级的信号反射分析，预先扫除信号在线的意外回音！