PCB科技 - PCB電路設計中的瞬態訊號分析

中互連和電源線上的瞬態回應 PCB電路板 對位錯誤負責, 定時抖動, 和其他信號完整性問題. 您可以使用瞬態訊號分析確定在設計完美電路時要採取的設計步驟.

可以手動檢查和計算簡單電路中的瞬態訊號分析，從而繪製隨時間變化的瞬態回應。 更複雜的電路可能難以手動分析。 相反，您可以在模擬器設計期間使用模擬器進行時間瞬態訊號分析。 有了正確的設計軟體，你甚至不需要編碼技巧。

形式上，瞬態可能發生在可以寫成一階線性或非線性微分方程（自治或非自治）耦合集的電路中。 瞬態回應可以通過多種方式確定。

時不變電路中無迴響的瞬態回應是以下3種情况之一：

過阻尼：響應衰减緩慢，無振盪

臨界阻尼：快速衰减響應，無振盪

欠阻尼：衰减振盪響應

在電路類比方面，您可以直接從原理圖運行瞬態訊號分析類比。 這需要考慮電路行為的兩個方面：

驅動訊號。 這定義了導致瞬態回應的輸入電壓/電流水准的變化。 這可能涉及兩個信號電平（即開關數位信號）之間的變化、當前輸入信號電平的下降或尖峰，或驅動訊號中的任何其他任意變化。 您可以考慮為驅動器使用正弦訊號或任意週期波形。 當訊號在兩個電平之間切換時，您還可以考慮有限的上升時間。

初始條件。 這定義了驅動訊號波動或驅動波形開啟時電路的狀態。 假設在時間t=0時，電路最初處於穩定狀態（即，電路中沒有先前的瞬態回應）。 如果未規定初始條件，則假設電壓和電流在t=0時為零。

運行類比後，將向您提供一個輸出，該輸出涵蓋輸入信號和輸出，使您能够準確地看到信號電平的不同變化如何產生瞬態回應。 切換數位信號的示例如下所示。 在這個電路中，我們假設沒有指定初始條件。 由於阻尼不足，電流的瞬態回應表現出嚴重的超調和下降。 這裡的一種解決方案是在電源處添加一些串聯電阻器以新增阻尼。 更好的解決方案是减少電路中的電感或新增電容，使響應進入阻尼狀態。

瞬態訊號分析結果示例

瞬態訊號分析後的原理圖和佈局

上圖中的輸出類似於反射波形類比中的輸出，其中在佈局後類比中比較入射波和反射波。 這種情況下的不同之處在於，我們在一個示意圖中工作，該示意圖不考慮PCB中的寄生效應。 在佈局後類比中，考慮了寄生，瞬態訊號分析的結果可能會通知您對佈局或堆棧進行一些更改，以减少上述振鈴。

如果在傳輸線佈局後的信號完整性類比中可以看到上述結果，則一種解決方案是减少互連中的回路電感，並按比例减少電容。 這將在不改變特性阻抗的情况下新增電路的阻尼。 這也會將電路中的諧振頻率移動到更高的值，從而降低振鈴幅度。 另一種選擇是串聯驅動器。

零極點分析

時域類比的另一種方法是使用零極點分析。 該科技將電路帶入拉普拉斯域，並計算電路中的極點和零點。 這使您可以立即看到瞬態訊號響應在電路中的行為。 注意，這種類型的類比仍然可以在瞬態訊號分析中考慮初始條件，囙此結果更一般。 但是，您無法直接看到瞬態訊號的幅值，因為您沒有明確考慮輸入波形的行為。

瞬態訊號分析中的穩定性和不穩定性

這裡需要注意的一點是，包含迴響的電路中可能存在不穩定性。 在典型電路中，您將檢查PCB原理圖和佈局，並且幾乎總是會遇到穩定的瞬態訊號。 上述示例顯示了穩定的響應。 儘管存在瞬態振盪，但訊號最終會衰减到穩態。 在具有强迴響的電路中，瞬態振盪變得不穩定並隨時間增長。

放大器是一種眾所周知的情况，在這種情況下，熱波動或强欠阻尼響應會導致放大器的響應在存在强迴響的情况下變得不穩定和飽和。 飽和非線性時不變電路最終迫使該不穩定振幅穩定到恒定水准。

在瞬態訊號分析中，很容易發現時域中的不穩定性； 這將在欠阻尼狀態下發生，輸出呈指數增長。 在零極點分析中，實部為正。