信號完整性（五）：信號反射

信號沿傳輸線向前傳播時，每時每刻都會感受到一個瞬態(tài)阻抗，這個阻抗可能是傳輸線本身的，也可能是中途或末端其他元件的。對于信號來說，它不會區(qū)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，過孔，PCB轉(zhuǎn)角，接插件)，信號都會發(fā)生反射。

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

其中：Z1為變化前的阻抗，Z2為變化后的阻抗。假設(shè)PCB線條的特性阻抗為50歐姆，傳輸過程中遇到一個100歐姆的貼片電阻，暫時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(shù)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(fù)載的反射是研究反射現(xiàn)象的基礎(chǔ)，阻性負(fù)載的變化無非是以下四種情況：阻抗增加有限值、減小有限值、開路(阻抗變?yōu)闊o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)計算過了。這時，信號反射點處就會有兩個電壓成分，一部分是從源端傳來的3.3V電壓，另一部分是在反射電壓1.1V，那么反射點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(shù)為

反射系數(shù)為負(fù)值，說明反射電壓為

此時反射點電壓為3.3V+(-0.825V)=2.475V。

開路：

開路相當(dāng)于阻抗無窮大，反射系數(shù)按公式計算為1。即反射電壓3.3V。反射點處電壓為6.6V。可見，在這種極端情況下，反射點處電壓翻倍了。

短路：

短路時阻抗為0，電壓一定為0。按公式計算反射系數(shù)為-1，說明反射電壓為-3.3V，因此反射點電壓為0。

計算非常簡單，重要的是必須知道，由于反射現(xiàn)象的存在，信號傳播路徑中阻抗發(fā)生變化的點，其電壓不再是原來傳輸?shù)碾妷?。這種反射電壓會改變信號的波形，從而可能會引起信號完整性問題。這種感性的認(rèn)識對研究信號完整性及設(shè)計電路板非常重要，必須在頭腦中建立起這個概念。

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