信号完整性之反射(八)

16  阻抗补偿技术

针对传输线上寄生电容和寄生电感带来的反射噪声，在现实PCB设计中是无法避免的。例如2个PCB板通过B2B连接器结合时，B2B连接器的寄生电感。下图是一对B2B连接器，可以将两块PCB连接起来。

使用补偿设计可以抵消一部分反射噪声。此种补偿设计的出发点就是尽量让信号，在传输线上传输的过程中，不要感受到很大的感性突变，即信号遇到的传输线阻抗始终是一致的。在之前的文章《信号完整性之传输线--四》的文章中提到，理想传输线的一阶模型

Z0是传输线特征阻抗（单位Ω）；L0是单位长度电感（单位nH/in）；C0是单位长度电容（单位nF/in）；L是整段传输线总电感（单位nH）；C是整段传输线总电容(单位nF）。
 

在感性阻抗突变L1的附近添加补充电容C1，可以将感性突变补偿成一段阻抗可控的传输线。

为了将反射信号噪声降低到最小，需要找到一个合适的电容值。使感性阻抗突变这一段传输线的阻抗等于传输线目标，即Z0=Z1。由此得知：

例如某连接器的寄生电感为10nH，传输线阻抗是50R，则总的补充电容为
 

C1=10/50*50=4pF。连接器左右两边各1个2pf的电容是比较推荐的补偿方式。

上述的这种方法，根据信号上升时间不同，对反射噪声的补充不同。有时可以降低75%的反射噪声。除了连接器，此方法也可用在其他有感性突变的电路中，例如过孔、电阻等。

如下是仿真数据。首先是L1=0nH和L1=10nH的波形

看仿真结果，传输线上没有寄生电感时，波形没有反射（绿色波形）。当有一个10nH的寄生电感存在时，波形明显反射（黄色过冲）。
 

针对L1=10nH，在L1左右两边各放置1个2pf电容C2和C3(C2+C3=4pf），仿真电路如下

看仿真结果，信号过冲已经比电容不存在时降低了大约0.2V。