在現(xiàn)代高速電子系統(tǒng)中，信號完整性(Signal Integrity, SI)已成為確保系統(tǒng)可靠運行的關(guān)鍵因素。信號完整性是指信號在傳輸路徑上保持其原始特性的能力，當信號從驅(qū)動端出發(fā)，經(jīng)過傳輸線到達連接器，最終被接收端接收的過程中，信號質(zhì)量可能會受到多種因素的影響，如反射、串擾、延遲等，從而導(dǎo)致信號失真，影響系統(tǒng)性能。設(shè)置合適的接收端，成為優(yōu)化這一信號傳輸過程、保障信號質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

信號完整性問題

可能帶來多不良影響。例如，反射會導(dǎo)致信號出現(xiàn)過沖和下沖，過沖可能超過器件的耐壓范圍，影響其壽命，下沖則可能使信號低于邏輯閾值，導(dǎo)致誤判。串擾是指一個信號線上的信號變化，通過互感和互容在相鄰信號線上產(chǎn)生感應(yīng)電流和電壓，造成信號失真。在并行數(shù)據(jù)總線中，一根數(shù)據(jù)線的信號變化就可能干擾相鄰數(shù)據(jù)線，使接收端接收到錯誤數(shù)據(jù)。這些問題嚴重時甚至可能導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常工作。

接收端在信號完整性中的重要作用

實現(xiàn)阻抗匹配，減少反射

信號在傳輸線上傳輸時，若傳輸線的特性阻抗與接收端的輸入阻抗不匹配，就會產(chǎn)生反射現(xiàn)象。合適的接收端能夠?qū)崿F(xiàn)與傳輸線的阻抗匹配，有效減少反射。例如，在點對點的信號連接中，通過在接收端并聯(lián)一個與傳輸線特性阻抗相等的電阻，可使信號在接收端被完全吸收，避免反射產(chǎn)生。這顯著提升了信號的傳輸質(zhì)量，確保信號的穩(wěn)定傳輸。以一個簡單的數(shù)字信號傳輸為例，若傳輸線特性阻抗為 50 歐姆，在接收端并聯(lián)一個 50 歐姆的電阻，就能很好地實現(xiàn)阻抗匹配，減少信號反射。

抑制串擾和其他噪聲

合理設(shè)置接收端有助于抑制串擾和其他噪聲。例如，采用差分接收方式，接收端對兩根差分信號線上的共模噪聲具有很強的抑制能力，能有效降低串擾和環(huán)境噪聲對信號的影響。在易受干擾的信號傳輸中，如射頻信號傳輸，差分接收可提高信號的抗干擾能力，保障信號的完整性。因為差分信號的特點是兩根線上的信號幅度相等、極性相反，在接收端通過差分放大器對這兩根信號進行處理，共模噪聲會被抵消，而差分信號則被放大輸出。

調(diào)整和優(yōu)化信號電平

接收端可對信號電平進行調(diào)整和優(yōu)化，使其符合后續(xù)電路的處理要求。例如，通過設(shè)置合適的偏置電阻，可將信號電平調(diào)整到接收芯片的最佳工作范圍，提高信號的信噪比，增強信號的穩(wěn)定性。在模擬信號傳輸中，合適的偏置能確保接收端準確檢測信號，減少信號失真。假設(shè)接收芯片的最佳工作電平范圍是 1 - 2V，而輸入信號的電平在 0.5 - 1.5V 之間，通過設(shè)置合適的偏置電阻，可將信號電平提升到合適范圍，使接收芯片能更好地處理信號。

常見的接收端設(shè)置方法

串聯(lián)電阻匹配

在發(fā)送端與傳輸線之間串聯(lián)一個電阻，該電阻與發(fā)送端器件輸出阻抗之和，近似等于傳輸線阻抗。這種方式適用于單點對單點的信號連接，能有效控制加載到傳輸線上信號的電壓幅度。例如，在一個簡單的數(shù)字信號傳輸中，若發(fā)送端器件輸出阻抗為 20 歐姆，傳輸線阻抗為 50 歐姆，可在發(fā)送端串聯(lián)一個 30 歐姆的電阻，這樣可避免信號在傳輸線上出現(xiàn)過沖和下沖現(xiàn)象，確保接收端能接收到穩(wěn)定的信號。串聯(lián)電阻匹配的優(yōu)點是簡單易行，成本較低，缺點是信號在傳輸線上的初始幅值會降低，可能需要后續(xù)電路進行放大處理。

并聯(lián)電阻匹配

在接收端并聯(lián)一個電阻，使該電阻阻值等于傳輸線阻抗，實現(xiàn)接收端的阻抗匹配。此方法常用于單點對多點的連接，無需依靠反射建立電平。在復(fù)雜的電路板布線中，對于多個接收端的信號傳輸，采用并聯(lián)電阻匹配，可使每個接收端都能獲得良好的信號質(zhì)量，減少信號反射和干擾。例如，在一個有多個接收端的網(wǎng)絡(luò)中，每個接收端都并聯(lián)一個與傳輸線阻抗相等的電阻，能有效改善信號傳輸質(zhì)量。并聯(lián)電阻匹配的優(yōu)點是能有效減少反射，提高信號質(zhì)量，缺點是會增加信號源的負載，可能需要信號源具有較強的驅(qū)動能力。

戴維南端接

當驅(qū)動器驅(qū)動能力不足，又必須使用末端并聯(lián)端接時，可采用戴維南端接。通過上拉電阻和下拉電阻的組合，調(diào)整接收信號的中值電平位置，使接收器在接收高低電平時具有近似的噪聲容限。例如，在一些低功耗設(shè)計中，驅(qū)動器的驅(qū)動能力有限，采用戴維南端接可在保證信號傳輸質(zhì)量的同時，降低功耗。戴維南端接的優(yōu)點是能在驅(qū)動器驅(qū)動能力不足的情況下實現(xiàn)較好的信號傳輸，缺點是電阻的選擇需要精確計算，否則可能影響信號質(zhì)量。

阻容并聯(lián)匹配(AC 端接)

在阻容并聯(lián)匹配中，電容可阻斷直流通路，減少功耗，電阻阻值與傳輸線阻抗近似相等。AC 端接要求鏈路上傳輸?shù)氖侵绷髌胶庑盘枺鐣r鐘信號。對于時鐘信號傳輸，AC 端接能有效減少功耗，同時保證信號的穩(wěn)定傳輸。但需注意，電容值的選擇要綜合考慮傳輸線延時和信號游程長度對應(yīng)的時間間隔，確保信號能快速進入穩(wěn)定工作狀態(tài)。例如，在一個時鐘信號傳輸系統(tǒng)中，根據(jù)傳輸線延時和信號游程長度計算出合適的電容值，采用阻容并聯(lián)匹配，可在降低功耗的同時保證時鐘信號的穩(wěn)定傳輸。AC 端接的優(yōu)點是能降低功耗，適用于直流平衡信號傳輸，缺點是電容值的選擇較為復(fù)雜，需要精確計算。

設(shè)置接收端時的注意事項

元器件參數(shù)的選擇

要充分考慮接收端元器件的參數(shù)，如電阻的阻值精度、電容的容值穩(wěn)定性等。高精度的電阻和電容能更準確地實現(xiàn)預(yù)期的電路功能，確保信號完整性。例如，在對信號質(zhì)量要求較高的系統(tǒng)中，應(yīng)選擇阻值精度高的電阻，以保證阻抗匹配的準確性。電阻的阻值精度若偏差較大，可能導(dǎo)致實際阻抗與設(shè)計值不符，從而產(chǎn)生反射，影響信號質(zhì)量。

布局與布線

接收端的布局應(yīng)盡量靠近連接器，縮短信號傳輸路徑，減少傳輸延遲和干擾。同時，要注意信號線的布線，避免過長的平行走線，減少串擾。在電路板設(shè)計時，合理規(guī)劃接收端的位置，將易受干擾的信號線與其他信號線分開布線，可有效提高信號完整性。例如，將時鐘信號線與數(shù)據(jù)信號線分開布線，可減少時鐘信號對數(shù)據(jù)信號的串擾。如果時鐘信號線和數(shù)據(jù)信號線平行走線過長，時鐘信號的快速跳變可能會通過互感和互容對數(shù)據(jù)信號產(chǎn)生干擾，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸錯誤。

與系統(tǒng)的兼容性

設(shè)置接收端時，需確保其與整個系統(tǒng)的兼容性。要考慮接收端對不同信號類型、頻率和幅度的適應(yīng)性，以及與其他電路模塊的協(xié)同工作能力。在多信號混合傳輸?shù)南到y(tǒng)中，接收端應(yīng)能同時處理多種信號，不產(chǎn)生相互干擾，保證系統(tǒng)的整體性能。例如，在一個既包含數(shù)字信號又包含模擬信號的系統(tǒng)中，接收端要能分別對這兩種信號進行正確處理，不會因為信號類型的不同而出現(xiàn)誤判或干擾其他信號的情況。

在模擬從驅(qū)動到連接器的信號完整性設(shè)計中，設(shè)置合適的接收端是解決信號完整性問題、提高信號傳輸質(zhì)量的重要手段。通過合理選擇接收端的設(shè)置方法，注意元器件參數(shù)選擇、布局布線以及與系統(tǒng)的兼容性等問題，能夠有效保障信號在傳輸過程中的完整性，提高電子系統(tǒng)的性能和可靠性。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，對信號完整性的要求也將越來越高，我們需要不斷深入研究和實踐，以更好地應(yīng)對信號完整性方面的挑戰(zhàn)。