鑽石舞台

前兩天做測試，碰到了下圖這樣的波形。其實，在信號線或者開關波形上，也經常會有類似的振鈴出現。但不曉得你有沒有思考過，這是為什麼嗎？

今天，我們就來聊一聊振鈴。

中規中矩的答案

關於信號的振鈴，可能有些小夥伴會覺得這個問題很簡單：信號出現振鈴，當然是信號反射，是阻抗不連續導致的嘍~

首先，這個答案沒錯，但只能說是中規中矩，並無特色。如果在面試中遇到這類問題，可能面試官不會給你高分。

上面的答案是從傳輸線理論維度出發的，估計有個幾年研發經驗的小夥伴都能想到。但如果你能另闢蹊徑，從不一樣的角度給出不一樣的解釋，那麼special offer估計就在向你招手了！

不一樣的維度

振鈴多出現在數字電路的信號跳變的邊沿處，從0到1，從1到0。比如文章開頭的波形圖片，就是從1到0切換時發生振鈴。

那麼，為什麼總是在電平切換時發生呢？

數字信號在電平狀態切換時，陡峭的上升沿或下降沿，其中蘊含了非常豐富的頻率分量，而且帶寬極寬，頻率覆蓋範圍很寬。關於這些，如果你學過信號與系統，或是研究過傅里葉變換，都會比較清楚。

當然，僅僅是頻率範圍寬並不會發生振鈴。

但關鍵是，數字信號電路都是通過PCB導線、芯片IC、阻容感等電路搭起來的。要知道，PCB板上的Layout走線，一般都會有寄生電感，nH級；而芯片端IO管腳也會有寄生電容，pf級。

電路中有了L和C，可能會發生什麼？

當然是LC諧振了！

那麼，發生諧振又會怎樣？

選頻特性會使諧振點上的頻率分量放大，而且是很多倍！再和原來的信號做疊加，於是就形成了振鈴。

這只是文字描述，你可能不太信服，下面我們仿真看看哈……

仿真分析

根據經驗值，cm的PCB走線，寄生電感大概為10nH。而芯片點輸入端的寄生電容，姑且按5pf來估算（並不是很嚴謹）。如此，我們把數字電路發送和接收的模型搭建如下圖所示。VG1為數字電路發送的激勵源，設置為頻率2MHz的方波。

用示波器看下波形，如下圖所示，輸出信號畫圈的部分，明顯可以看出有了「振鈴」。

把時基從100ns調整到5ns，波形放大，如下圖所示，可以看到明顯的振鈴波形。

當然，如果僅僅分析到這裡，那只能說是有振鈴出現，並沒有找到我們想要的原因。淺嘗輒止？這不是我的調性，下面繼續把波形放大哈……

繼續放大波形，可以看到振鈴波形呈現為一定周期的阻尼振盪。用光標卡一下時間，Xa=5.83ns，Xb=4.34ns，dX=1.5ns，由此可以計算阻尼振盪的周期f。

f=1/dX=666MHz

666MHz，是什麼？不曉得？繼續往下分析！

我們用交流分析看一下這個電路的頻率增益曲線，發現高頻處有諧振點，諧振頻率為689MHz，接近666MHz！

這說明LC有發生串聯諧振，並在該電路中充分展示了LC諧振的選頻特性，把基頻2MHz的666MHz的高次諧波分量選出並進行（將近）24dB的放大，再和原來的基波疊加，在輸出信號上體現出振鈴波形。

說到這裡，我們再回過來看看前面所提到的：

總 結

最後總結一下今天討論的問題：信號出現振鈴，這是為什麼？

維度1：從傳輸線理論維度，信號反射，是阻抗不連續導致的！

維度2：從LC諧振維度，LC有發生串聯諧振，LC諧振的選頻特性將信號狀態切換時的高次諧波頻率分量選出並放大，疊加到基波上進而形成振鈴。

怎麼樣，你學廢了嗎？