信号完整性基础：反射是如何产生的？

面包板社区 2021-10-29 08:50

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要说明白反射，需要涉及前文提到过阻抗及匹配的概念，形象来说，如下图，如同拼图游戏一般，红色方块太大，或者太小都放不进空格中，会产生信号完整性问题；只有匹配上，才能正好放进去，没有反射。

具体的，前文说到了特性阻抗，我们熟知实际电路中最大功率传输定理是关于负载与电源相匹配时，负载能获得最大的功率。迁移到高速电路中，其表现是：激励电路特性与传输线特性极大地影响了从一个装置传送到另一个装置信号的完整性。

具体来说，在高速电路中要想把信号能量从源端全部有效的传送到负载端，必须使传输线特征阻抗与信号的源端阻抗和负载阻抗匹配，否则信号会发生反射，导致信号波形的畸变等一系列问题。

之前，还有在网上读到其他大牛写的文章，对阻抗及反射的关系写得很形象易懂，大概是说，将电流类比于水流，而将水位的高度看作为电压，这跟我们初高中接触的物理知识是一致的。水流的速度看作是信号的频率，假设，河道中水的宽度为阻抗，那么河道宽阻抗必然越小，这应该很好理解，我们的走线也是一样，走线越宽，阻抗越小。

所以，对于河道，如果水流突然流进了窄道，水道变窄，那么阻抗会增大。这个时候，如果水流速度很快，也就是信号频率很高，那么试想是不是会溅起水花，如下图，这就是反射。而如果，河道由宽到窄，那么小沟中水位想想肯定是会抬高的（去过苏杭的运河游船的应该是很清楚这一点），说明这就产生了正反射，电压变高了。

反之，如果由河道进入了大江，江明显更宽，那么此时阻抗会变小，同时水位也会变低，此时就会产生负阻抗啦，叠加后电压就低了。

通过上面的类比，我们再看下面的就很easy了。

反射就是在传输线上的回波。信号功率(电压和电流)的一部分传输到线上并达到负载处，但是有一部分被反射了，如下图所示。源端与负载端阻抗不匹配会引起线上反射，负载将一部分电压反射回源端。如果负载阻抗小于源阻抗，反射电压为负，反之，如果负载阻抗大于源阻抗，反射电压为正。布线的几何形状、不正确的线端接、经过连接器的传输及电源平面的不连续等因素的变化均会导致此类反射。