信號完整性（五）：信號反射

信號沿傳輸線(xiàn)向前傳播時(shí)，每時(shí)每刻都會(huì )感受到一個(gè)瞬態(tài)阻抗，這個(gè)阻抗可能是傳輸線(xiàn)本身的，也可能是中途或末端其他元件的。對于信號來(lái)說(shuō)，它不會(huì )區分到底是什么，信號所感受到的只有阻抗。如果信號感受到的阻抗是恒定的，那么他就會(huì )正常向前傳播，只要感受到的阻抗發(fā)生變化，不論是什么引起的(可能是中途遇到的電阻，電容，電感，過(guò)孔，PCB轉角，接插件)，信號都會(huì )發(fā)生反射。

那么有多少被反射回傳輸線(xiàn)的起點(diǎn)?衡量信號反射量的重要指標是反射系數，表示反射電壓和原傳輸信號電壓的比值。反射系數定義為：

其中：Z1為變化前的阻抗，Z2為變化后的阻抗。假設PCB線(xiàn)條的特性阻抗為50歐姆，傳輸過(guò)程中遇到一個(gè)100歐姆的貼片電阻，暫時(shí)不考慮寄生電容電感的影響，把電阻看成理想的純電阻，那么反射系數為：

信號有1/3被反射回源端。如果傳輸信號的電

壓是3.3V電壓，反射電壓就是1.1V。

純電阻性負載的反射是研究反射現象的基礎，阻性負載的變化無(wú)非是以下四種情況：阻抗增加有限值、減小有限值、開(kāi)路(阻抗變?yōu)闊o(wú)窮大)、短路(阻抗突然變?yōu)?)。

阻抗增加有限值：

反射電壓上面的例子已經(jīng)計算過(guò)了。這時(shí)，信號反射點(diǎn)處就會(huì )有兩個(gè)電壓成分，一部分是從源端傳來(lái)的3.3V電壓，另一部分是在反射電壓1.1V，那么反射點(diǎn)處的電壓為二者之和，即4.4V。

阻抗減小有限值：

仍按上面的例子，PCB線(xiàn)條的特性阻抗為50歐姆，如果遇到的電阻是30歐姆，則反射系數為

反射系數為負值，說(shuō)明反射電壓為

此時(shí)反射點(diǎn)電壓為3.3V+(-0.825V)=2.475V。

開(kāi)路：

開(kāi)路相當于阻抗無(wú)窮大，反射系數按公式計算為1。即反射電壓3.3V。反射點(diǎn)處電壓為6.6V?？梢?jiàn)，在這種極端情況下，反射點(diǎn)處電壓翻倍了。

短路：

短路時(shí)阻抗為0，電壓一定為0。按公式計算反射系數為-1，說(shuō)明反射電壓為-3.3V，因此反射點(diǎn)電壓為0。

計算非常簡(jiǎn)單，重要的是必須知道，由于反射現象的存在，信號傳播路徑中阻抗發(fā)生變化的點(diǎn)，其電壓不再是原來(lái)傳輸的電壓。這種反射電壓會(huì )改變信號的波形，從而可能會(huì )引起信號完整性問(wèn)題。這種感性的認識對研究信號完整性及設計電路板非常重要，必須在頭腦中建立起這個(gè)概念。

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