信号线多长算长呢——之上升沿与时延的爱恨情仇

        忆往昔岁月，看着PCB上弯弯曲曲的走线，看着书中所说的端接，想象着日后自己也可以这么牛逼，能够设计出这么复杂的电路。“过来焊板子啦”一句话又将我拉回了现实，哎，过来吸一会我们硬件攻城狮的精神鸦片——松香吧。

        吸完后果然腰也疼了头也晕了连拿碗的手都开始抖了，我觉得我快要成仙了，然后带着我的一身仙气来到了老师傅面前露出我那谄媚的笑容，“老大，咱这板子上面为啥走线是弯弯曲曲的，为啥要做个端接”，“因为这是高速信号，需要控制时序，为了防止反射需要端接”，他好像回答了我的问题，但是我还是不懂啊，为了不暴露我的智商我只好回了一句“哦”。

        正常人听到这个回答应该是先了解为啥信号要弯弯曲曲的，但我不是一般人啊，我吸松香都要成仙了，我必须的从后往前研究，先搞明白啥是端接，为啥要端接，啥时候需要端接，啥时候又不需要端接。

        好啦，开始正题，一个信号的模型是由近端驱动器、阻抗可控的互联线，以及远端接收器组成（肯定有人说，我接收端啥也不接，哎我没有接收端，哈哈，是不是模型不成立了，啊哈哈，回复：接收端不接就是接了一个阻抗无穷大的电阻，哎，它也是接收器（打死你个键盘杠精龟孙，哼！））。那我们就按接收端啥也不接的情况来分析一下（哼！），就是当接收端开路时，驱动端发出的信号就会在驱动器和接收器之间来回的反弹，当互连线很长时，经过多次的反弹就会引起信号完整性的问题，如振铃现象，但是如果互联线足够的短，虽然也会发生反射，但是她会被上升沿或者时下降沿给掩盖了，可能就不会引起问题，想象一下你对着墙泼水，离得稍微远一点水是不是会溅起来啊（杠精，退！）当你离得足够近虽然也会溅起来但是被你泼的水给挡回去了，就如同你要下地铁结果被人流又给推回去了。那么究竟多长的互联线会产生信号完整性的问题呢，下图是信号时延是上升沿的40%、30%以及20%时接收端的信号波形。

        上图是当传输的线长时延分别为信号上升沿的40%、30%以及20%时，无终端端接情况下在传输线远端观测到的100MHz时钟信号波形，可以看出当传输时延超过信号上升沿的20%时，振铃噪声可能会引起问题。

       OK，我们就以上升沿是1ns来计算振铃不会对信号完整性产生影响的最大长度吧，上升沿是1ns，最大时延是20%×1ns=0.2ns，在FR4中信号的传输速度约为6in/ns，所以没有终端端接传输线的最大长度约为6in/s×0.2ns=1.2in。

因此，可以得到一个十分有用的经验法则，为了避免信号完整性问题，没有终端端接的传输线最大长度约为：

        其中，Lenmax表示没有终端端接传输线的最大长度（单位in），RT表示信号上升沿（单位为ns）。

        但是一般情况下我们我的只知道时钟的频率，要想看驱动器输出波形的上升沿还需要去翻看手册，作为一个硬件工程师，能够快速的计算出无需端接的最大长度，并且口算出来，那是多么的高光时刻啊，也能装逼于无形之中（得意doge，哈哈），那么怎么算呢，比如说，100MHz的时钟频率其周期是10ns我们安常规方法计算上升沿是周期的10%也就是1ns，那么100MHz的时钟最大长度就是1in也就是1000mil，那么同理1GHz的时钟其最大长度就是100mil喽，记着这两个数，同学们下次遇到机会千万不要放过装逼的机会，哈哈，但是注意实际上端接与否与时钟频率是没有强关联的，它只与信号的上升沿有关系，也就是说1MHz的上升沿如果很陡峭的话也是需要端接滴，但是我们是做工程的不是做学术研究的，能够在正确的方向上得出相对正确的答案比精确的答案更有意义。

        好啦，给大家一个思考的问题，比如说0.1ns的上升沿，最大长度是0.1in，信号在FR4中速度为6in/ns那就是0.1in信号单程是0.016666667ns，再返回到源端总的需要的时间是0.016666667ns×2约为0.03333333，就是一个来回才占了整个上升沿的三分之一，大家想想为啥是三分之一而不是二分之一或者其他，如果是二分之一就是反射回来的信号刚好在上升沿的一半，同样可以掩盖返回的数据啊，除了通过仿真看波形图，从其他角度能不能解释的通呢，哈哈，提示一点可以看一个标准的振铃图来想哦。