过冲及振铃现象实验分析
电源中的振铃现象
振铃振铃现象，来源于变压器漏感和寄生电容引起的阻尼振荡由于变压器的初级有漏感，当电源开关管由饱和导通到截止关断时会产生反电动势，反电动势又会对变压器初级线圈的分布电容进行充放电，从而产生阻尼振荡，即产生振铃。
变压器初级漏感产生反电动势的电压幅度一般都很高，其能量也很大，如不采取保护措施，反电动势一般都会把电源开关管击穿，同时反电动势产生的阻尼振荡还会产生很强的电磁辐射，不但对机器本身造成严重干扰，对机器周边环境也会产生严重的电磁干扰。
加入RCD吸收回路，可抑制反电动势和振铃电压幅度。
高速数字电路中信号反射的分析及解决方案：引言通常所说的高速数字电路是指电路的频率达到或超过一定数值，而且工作在这个频率之上的电路已经占到整个电子系统一定的份量。
实际上，判定一个电路是否为高速电路并不能只从信号的频率去考虑，当信号的传输延迟大于信号上升时间的2O％时，电路板上的信号导线就会呈现出传输线效应，整个系统为分布式系统，此时这种电路即为高速电路。
当前，电子系统与电路全面进入高速。
高频设计领域。
随着IC工艺的不断提高，驱动器的上升沿和下降沿由原来的十几ns减小到几ns,有的甚至达到ps量级。
这时必须要考虑由传输线效应引起的信号完整性反射噪声问题，这已经成为高速数字电路设计中的一个主要问题。
2信号完整性概述从广义上讲，信号完整性指的是在高速数字电路中由互连线引起的所有问题。
它主要研究互连线与数字信号的电压，电流波形相互作用时，电气特性参数如何影响产品的性能。
信号完整性问题主要包括以下四类问题：单一网络的信号反射；多网络间的串扰；电源和地分配中的轨道塌陷；电磁干扰和辐射。
在这里主要讨论单一网络的信号反射噪声问题。
3.信号反射噪声的形成在高速数字电路中，信号在pcb板上沿传输线传输，遇到阻抗不连续时，就会有部分能量从阻抗不连续点沿传输线返回，从而产生反射。
其大小与阻抗失配的程度有关，阻抗失配越大，反射就越大。
反射是造成上冲。
影响光模块发射眼图的一些关键因素
影响光模块发射眼图的⼀些关键因素影响发射眼图的⼀些关键因素关键词:阈值电流(I th) 调制电流(I MOD) 偏置电流(I BIAS) 反射(reflection) 振铃（ringing）过冲（overshoot）⽋冲(undershoot) 反向不归零制(NZR)本⽂主要通过分析在实际调试过程中出现的现象及其解决⽅法来说明对眼图影响较⼤的⼀些主要因素，以供在设计及调试中引起注意。
激光驱动器和激光⼆极管间采⽤直流耦合⽅式,电路⽰意图如下:激光驱动器的输出结构如下图所⽰:R MOD决定调制电流(I MOD)的⼤⼩,下⾯对调试中常见的⼀些波形进⾏分析并提出相应的解决办法。
1、现象：波形混杂压缩在⼀起，没有出现清晰可变的眼图，波形底部太低。
原因：由于偏置电流(I BIAS)设得太⼩造成的。
解决⽅法：增加偏置电流，直到波形底部向上移动，此时波形会渐渐变清晰。
关键因素：偏置电流(I BIAS)2、现象：过冲，波形上升沿过冲超过1电平，。
原因：上升沿速度太快解决⽅法：A、插⼊⼀个低通滤波器RC电路，截⾄频率位速率的75％，减缓上升和下降沿。
B、调节串联阻尼电阻R D的值，使驱动器输出阻抗匹配。
关键因素：串联阻尼电阻R D和低通滤波器RC电路。
3、现象：⽋冲，波形上升或下降沿没有到达⾼或低电平位置。
原因：过阻尼解决⽅法：调节串联阻尼电阻R D的值，使输出阻抗匹配减⼩衰减。
关键因素：串联阻尼电阻R D。
4现象：波形上升或下降沿出现振铃现象。
原因：阻抗不连续，电路中有过多的⾃感应⽽产⽣共振。
解决⽅法：尽可能排除阻抗不连续，尽可能减⼩组件引脚长度来减⼩寄⽣电感。
关键因素：阻抗不连续，寄⽣电感。
5现象：由于传输线阻抗不连续造成的反射。
原因：接⼝电路中阻抗不连续。
解决⽅法：A、尽可能减⼩激光驱动器和激光⼆极管间的距离。
B、布线时考虑正确的阻抗控制。
C、调整RC补偿⽹络，使传输线负载终端获得好的阻抗匹配。
关键因素：阻抗阻抗及连续性，RC补偿⽹络。
物理实验技术中的实验结果与现象的解释与分析
物理实验技术中的实验结果与现象的解释与分析在物理实验中，实验结果和观察到的现象是我们理解和揭示自然规律的重要依据。
通过仔细观察和分析实验结果和现象，我们可以得出结论，并在此基础上推导出物理定律和理论。
本文将探讨几个典型的物理实验结果和现象，并解释其背后的原理和分析方法。
首先，我们来讨论一下经典力学实验中的弹簧振子。
当把一个质点悬挂在一根弹簧上并将其拉伸或压缩一定距离后，释放该质点会发生振动。
经过时间的观察和测量，我们可以发现，振子的振动周期与振幅之间存在一定的关系。
根据实验数据，我们可以绘制出振子振动周期与振幅的图像，并发现一个明显的规律：随着振幅的增大，振动周期也相应增大。
这就是所谓的振幅与周期的关系，可以通过数学公式进行描述。
为了解释这个实验结果，我们可以从物理角度进行分析。
在弹簧振子实验中，弹簧对质点施加一个恢复力，该力与质点的位移成正比。
当质点离开平衡位置时，弹簧会受到拉伸或压缩，产生一个恢复力，将质点带回平衡位置。
质点的振动是周期性的，即质点在振动中来回穿过平衡位置。
当振子的振幅较小时，恢复力较小，质点的振动速度较快，所以振动周期较短。
反之，当振幅较大时，恢复力较大，质点的振动速度较慢，导致振动周期较长。
其次，我们来讨论电磁学实验中的磁铁与线圈的相互作用。
在实验中，我们常常观察到当一个磁铁靠近一个线圈时，线圈中会诱发电流。
这一现象被称为电磁感应。
通过进一步观察和测量，我们可以得出结论：诱导电流的方向与磁铁和线圈的相对运动方向、磁场的强度和线圈的匝数有关。
要解释这一现象，我们需要引入法拉第电磁感应定律。
该定律指出，当一个导体穿过磁场时，会在导体中诱导出电动势，从而产生电流。
磁铁和线圈之间的运动和磁场的变化是导致电磁感应的关键因素。
当磁铁靠近线圈时，由于磁场的变化，导体内部会诱导出一个感应电流。
根据安培定律，感应电流会在导体中产生一个反向的磁场，与原始磁铁的磁场相互作用。
这种相互作用产生的磁场力会使磁铁受到一定的阻力，并推动磁铁向线圈运动。
Buck的振铃实验与分析
Buck的振铃实验与分析先提一个问题？BUCK到底是怎么产生尖峰振荡呢？要想把这个问题搞清楚，也很是不容易，所以文章有点长，请直接点赞转发加收藏。
本文主要分析以下这两个问题：1、死区时间是什么？这里有个小台阶是什么情况？2、上下尖峰振荡是如何产生的？跟哪些因素有关？理想的BUCK的SW波形我们由浅入深，一步一步来，先看理想的开关SW波形—没有尖峰电压的波形。
为了能更好的看buck电路各个点的电压电流情况，我选的电源芯片是没有内部集成开关管的，使用的是外置的MOS管，电源芯片型号为LTC7803。
使用LTspice进行仿真，电路图如下：如果对BUCK的拓扑有了解的话，上面这个电路一眼应该就看明白了，是一个同步buck，没有用到二极管。
这个电路的输入是12V，输出是3.3V，负载等于0.5Ω，BUCK工作在连续模式。
现在我们直接看电感前面SW的波形，如下图：我们可以看到，这个波形很漂亮，看着就是非常好的矩形波，没有向上的振铃。
唯一美中不足的是，在底部有下冲。
这是怎么回事呢?是向下的振铃吗？如果仔细观察的话，这个下冲的幅度大概是0.7V左右，也没有出现振荡波形，如此，猜测应该是二极管的导通电压。
为了验证这个想法，我们对比两个MOS管的驱动电压Vgs，然后看看电感的电流。
从上图，很容易看到，电感的电流一直都是正的（大于0），也就是电感的电流总是向负载那个方向流动的，并不会反向，并且，最小的电流也有2A。
但是呢，如果我们对比两个NMOS管的Vgs，会发现有同时为低的情况，也就是说两个管子同时都不导通，这一段时间就是死区时间。
为啥会有死区时间呢？我们通常分析BUCK拓扑结构的时候，经常会认为只有一个管子导通，要不上管，要不下管（连续模式）。
而实际MOS管在切换导通状态的时候，MOS管必然会存在中间态-半导导通状态，半导通时的MOS管的导通电阻是变化的，很大到接近于0，如果两个管子同步切换，那么必然会出现都处于半导通状态的情况，回路电阻很大，这样功率电感电流就没法续流了。
振铃现象汇总
振铃现象汇总找个数字电路，接上电源让它跑起来，然后⽤⽰波器去看看有规则波形的信号。
把⽰波器的采样率调到⾜够⾼，并利⽤沿触发模式捕捉波形，你能观察到波形在沿(不管是上升还是下降)之后有振幅很快衰减的⾼频振荡，那就是数字电路永远甩不掉的“振铃”。
振铃和过冲什么是过冲（overshoot）？过冲（Overshoot）就是第⼀个峰值或⾕值超过设定电压――对于上升沿是指最⾼电压⽽对于下降沿是指最低电压。
下冲（Undershoot）是指下⼀个⾕值或峰值。
过分的过冲（overshoot）能够引起保护⼆级管⼯作，导致过早地失效。
什么是下冲（undershoot）（ringback）？过冲（Overshoot）是第⼆个峰值或⾕值超过设定电压――对于上升沿过度地⾕值或对于下降沿太⼤地峰值。
过分地下冲（undershoot）能够引起假的时钟或数据错误（误操作）。
什么是振荡（ringing）？振荡（ringing）就是在反复出现过冲（overshoots）和下冲（undershoots）。
信号的振铃（ringing）和环绕振荡（rounding）由线上过度的电感和电容引起，振铃属于⽋阻尼状态⽽环绕振荡属于过阻尼状态。
信号完整性问题通常发⽣在周期信号中，如时钟等，振荡和环绕振荡同反射⼀样也是由多种因素引起的，振荡可以通过适当的端接予以减⼩，但是不可能完全消除。
⼀般指LC回路的⾃由衰减振荡。
如在开关电源中，变压器漏感与开关管（或整流⼆极管）结电容就会产⽣振铃。
例如某个频率信号，上升沿的顶峰超过平均⾼电平很多就是过冲，下降沿的顶峰超过平均低电平很活就是负冲，上升或下降产⽣波浪就叫振铃这类现像多数与电路中分布参数有关，例如电路板上两线之间的分布电容，导线⾃⾝的电感，芯⽚输⼊和输出端对地的电容，等等，很难完全避免。
在含电感的电路中更有电感⾃⾝的分布电容、变压器漏感等等。
频率较⾼时还需要考虑传输线的反射。
每个电路，电原理图可能完全相同，但实际制作时元器件布局不同，电路板布线不同，这种振铃和过冲也不同，没有具体布局布线，很难分析。
反射的影响
反射的影响（衰减电阻的影响）在高频电路中，当发送端与传输线之间、传输线与接收端之间阻抗不匹配时，就会产生反射。
一般来说，接收端的阻抗高于传输线的阻抗，根据反射原理，该处的反射信号与传来的信号相位相同，因而会使得接收端的信号电平增强；而发送端的阻抗低于传输线的阻抗，根据反射原理，该处的反射信号与传来的信号相位相反，因而使得反射信号重新传往接收端。
当传输线的阻抗较小时，其衰减作用抵不过反射的影响，到达接收端的信号在上升阶段的末期以及下降阶段的末期都会产生振铃式的过冲现象，见图2.8(c)。
其中，在上升阶段的末期产生的超过1的过冲，叫做上冲；在下降阶段的末期产生的低于0的过冲，叫做下冲。
如果发生了过冲振铃，要使信号为1时的电平稳定在其对应的临界值以上，或者要使信号为0时的电平稳定在其对应的临界值以下，无疑需要一段时间的等待。
否则，无论是微处理器利用未稳定下来的信号读人，还是存储器利用未稳定下来的信号写入，都容易产生误动。
采用阻抗匹配的方式可以消除这种过冲振铃现象。
阻抗匹配的方法有许多种，其中最常见是在传输线靠近发送端附近串入电阻的方法，这个串入电阻叫做衰减电阻。
衰减电阻的串入阻止了接收端反射的信号再次经发送端反射后到达接收端。
随着串入电阻的增大，这种过冲振铃逐渐消失。
但是，串入电阻也不可过大，因为当串入电阻大于传输线阻抗匹配所需要的数值时，发送端也会发生同相反射，过冲振铃固然不再会发生，负载电容充电所需要的时间将大幅度地延长了。
信号反射产生的原因，当信号从阻抗为Z0 进入阻抗为ZL 的线路时，由于阻抗不匹配的原因，有部分信号会被反射回来，也可以用“传输线上的回波来概括”。
如果源端、负载端和传输线具有相同的阻抗，反射就不会发生了。
反射的影响: 如果负载阻抗小于传输线阻抗，反射电压为负，反之，如果负载阻抗大于传输线阻抗，反射电压为正。
实际问题中，PCB上传输线不规则的几何形状，不正确的信号匹配，经过连接器的传输及电源平面不连续等因素均会导致反射情况发生，而表现出诸如过冲/下冲以及振荡等信号失真的现象。
第二讲——信号完整性
高速数字电路的特征（续4）
图中表示用傅立叶展开式来拟合方波的情况。当用5阶波形叠加时，其 信号与原方波还有明显的差别；若用10阶波形叠加时，则与原方波相பைடு நூலகம்差无几；若再用20阶的波形叠加的话，其改善程度已经不明显。所以 对方波信号的分析一般到10倍 f。（f。为方波的基频）即可。
信号分类
单端信号 差分信号 一次开关（Incident switching） 反射开关（Reflected switching）
一般IC对于过冲的高度和宽度的容忍度都有指标。因为过冲会使IC内部的ESD防护 二极管导通，通常电流有100mA左右。信号长期的过冲会使IC器件降质，并是电 源噪声和EMI的来源之一。
2. 振铃（Ringing/Ring Back） 振铃会使信号的threshold域值模糊，而且容易引起EMI。
3. 非单调性(Non-monotonic) 电平上升过程中的平台会产生非单调性，这有可能对电路有危害，特别是针对异步 信号如：Reset、Clock等会有影响。
2. 上升/下降沿时间 信号是否被看作为高速信号，和信号的周期关系不大。只要信号的 上升沿或下降沿很陡，它都有可能是高速信号。当然如果信号的周 期较短，其上升下降沿必然很陡，当然也就是高速信号了。
冲激响应实验报告
一、实验目的1. 理解冲激响应的概念和性质。
2. 掌握用实验方法获取冲激响应的方法。
3. 分析不同电路结构的冲激响应特点。
4. 验证冲激响应与电路参数之间的关系。
二、实验原理冲激响应是指线性时不变系统在单位冲激信号作用下的零状态响应。
对于一个线性时不变系统，其冲激响应可以完全描述系统的特性。
根据傅里叶变换的性质，冲激响应与系统的传递函数之间存在傅里叶变换关系。
因此，通过测量冲激响应，可以获取系统的传递函数。
三、实验仪器与设备1. 数字信号发生器：用于产生单位冲激信号。
2. 数字示波器：用于观察冲激响应波形。
3. 信号调理器：用于对信号进行放大、滤波等处理。
4. 待测电路：包括RLC串联电路、RC低通滤波器等。
四、实验步骤1. 搭建待测电路，确保电路连接正确。
2. 使用数字信号发生器产生单位冲激信号。
3. 将冲激信号输入待测电路。
4. 通过信号调理器对输出信号进行放大、滤波等处理。
5. 将处理后的信号输入数字示波器，观察冲激响应波形。
6. 重复步骤2-5，对不同电路结构进行实验。
五、实验结果与分析1. RLC串联电路的冲激响应实验结果显示，RLC串联电路的冲激响应波形如图1所示。
从图中可以看出，冲激响应波形在0-1ms内迅速上升，然后逐渐趋于稳定。
在0-1ms内，冲激响应波形呈现指数衰减趋势，衰减速度与电路参数有关。
2. RC低通滤波器的冲激响应实验结果显示，RC低通滤波器的冲激响应波形如图2所示。
从图中可以看出，冲激响应波形在0-1ms内迅速上升，然后逐渐趋于稳定。
在0-1ms内，冲激响应波形呈现指数衰减趋势，衰减速度与电路参数有关。
3. 不同电路结构的冲激响应比较通过对比不同电路结构的冲激响应波形，可以得出以下结论：（1）电路结构对冲激响应波形的影响较大。
例如，RLC串联电路的冲激响应波形呈现指数衰减趋势，而RC低通滤波器的冲激响应波形也呈现指数衰减趋势，但衰减速度不同。
（2）电路参数对冲激响应波形的影响较大。
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过冲及振铃实验现象分析
1.测试电路及过冲、振铃现象
测试电路如下图所示，A点为电压输出口，B点为为了接入电阻而切开的口，C点为同轴电压监测点。
B
A C
在B点出用导线连接时，在C点引同轴线到示波器（示波器内阻1M），观察到上升沿有过冲及振铃现象，如下图所示。
1.2 振铃产生的原因分析
1.2.1 振铃现象的产生
那么信号振铃是怎么产生的呢?
前面讲过，如果信号传输过程中感受到阻抗的变化，就会发生信号的反射。
这个信号可能是驱动端发出的信号，也可能是远端反射回来的反射信号。
根据反射系数的公式，当信号感受到阻抗变小，就会发生负反射，反射的负电压会使信号产生下冲。
信号在驱动端和远端负载之间多次反射，其结果就是信号振铃。
大多数芯片的输出阻抗都很低，如果输出阻抗小于PCB走线的特性阻抗，那么在没有源端端接的情况下，必然产生信号振铃。
信号振铃的过程可以用反弹图来直观的解释。
假设驱动端的输出阻抗是10欧姆，PCB走线的特性阻抗为50欧姆(可以通过改变PCB走线宽度，PCB走线和内层参考平面间介质厚度来调整)，为了分析方便，假设远端开路，即远端阻抗无穷大。
驱动端传输3.3V电压信号。
我们跟着信号在这条传输线中跑一次，看看到底发生了什么?为分析方便，忽略传输线寄生电容和寄生电感的影响，只考虑阻性负载。
下图为反射示意图。
第1次反射：信号从芯片内部发出，经过10欧姆输出阻抗和50欧姆PCB 特性阻抗的分压，实际加到PCB走线上的信号为A点电压3.3*50/(10+50)=2.75V。
传输到远端B点，由于B点开路，阻抗无穷大，反射系数为1，即信号全部反射，反射信号也是2.75V。
此时B点测量电压是2.75+2.75=5.5V。
第2次反射：2.75V反射电压回到A点，阻抗由50欧姆变为10欧姆，发生负反射，A点反射电压为-1.83V，该电压到达B点，再次发生反射，反射电压-1.83V。
此时B点测量电压为5.5-1.83-1.83=1.84V。
第3次反射：从B点反射回的-1.83V电压到达A点，再次发生负反射，反射电压为1.22V。
该电压到达B点再次发生正反射，反射电压1.22V。
此时B 点测量电压为1.84+1.22+1.22=4.28V。
第4次反射：……第5次反射：……
如此循环，反射电压在A点和B点之间来回反弹，而引起B点电压不稳定。
观察B点电压：5.5V->1.84V->4.28V->……，可见B点电压会有上下波动，这就是信号振铃。
下图为B点电压随反射次数的变化示意图。
1.2.2 振铃现象的研究
设源端电阻为Rs ，远端电阻为无穷大，传输线特性阻抗为50欧姆。
当50Rs <Ω时，变化曲线如上图所示。
当50Rs =Ω时，变化曲线如下图所示
当50Rs >Ω时，得到的变化曲线如下图所示
分析以上三图，得到如下结论
➢ 当源端电阻大于等于传输线特性阻抗时，不会发生过冲及振铃现象；
➢ 当源端电阻远远大于传输线特性阻抗时，虽不会发生振铃现象，但上升
时间增大；
➢ 以上三种状态的输出电压最终稳定在3.3V ，与集总参数电路分析结果一
一致；
➢理论上当源端电阻为50欧时，脉冲进入稳定的时间最短。
1.3 实验现象
1.3.1 振铃现象原因的证据一
当B点连接导线时，用同轴线连接C至1M内阻的示波器，观察到如上图所示现象，绿线为C点输出的电压波形，黄线为直接用示波器探头测量A点的电压波形。
可见C点至示波器的同轴线在示波器输入端出发生了反射，并且影响了A点的电压波形。
将同轴线从C点断开，观察到现象如下图所示
由于没有同轴线在示波器处的反射，A点的波形质量也变好，上升平稳。
1.3.2 振铃现象原因证据二
当B点连接0欧姆电阻时，观察到如下现象
（a）沿的情况
（b）上升沿情况当B点连接5欧电阻时，观察到如下现象
（a）沿的情况
（b）上升沿情况当B点连接20欧电阻时，观察到如下现象
（a）沿的情况
（b）上升沿情况当B点连接1k的电阻时，观察的现象如下
（a）沿的情况
（b）上升沿情况
由以上实验现象可以总结：当源端电阻小于传输线特性阻抗时，会发生振零现象；当源端电阻远大于特性阻抗时，不会发生振铃现象，但上升沿时间大大增长。
1.4 振铃现象的解决方案
这是高速电路中的一个信号完整性问题，主要解决好不匹配即可。
其中的一种方法为：
（a）串行端接是通过在尽量靠近源端的位置串联一个电阻RS ( 典型10Ω～75Ω) 来实现的。
此类端接法要求缓冲器阻抗和端接电阻值的总和等于传输线的特征阻抗。
这种策略通过使源端反射系数为零从而抑制信号的反射。
（b）减小传输线距离，缩短不稳定时间。
实验中，在C点接长线观察到如下a图所示的波形，接短线观察到如图b所示波形
a.接长线观察到的波形
b.接短线观察到的波形。