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信号完整性研究:反射现象

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前面讲过,对于数字信号的方波而言,含有丰富的高频谐波分量,边沿越陡峭,高频成分越多。而pcb上的走线对于高频信号而言相当于传输线,信号在传输线中传播时,如果遇到特性阻抗不连续,就会发生反射。反射可能发生在传输线的末端,拐角,过孔,元件引脚,线宽变化,T型引线等处。总之,无论什么原因引起了传输线的阻抗发生突变,就会有部分信号沿传输线反射回源端。

    反射形成机理很复杂,这包含了很多电磁领域的复杂的知识,本文不准备深入讨论,如果你真的很想知道,可以给我留言,我专门讲解。

    工程中重要的是反射量的大小。表征这一现象的最好的量化方法就是使用反射系数。反射系数是指反射信号与入射信号幅值之比,其大小为:(Z2-Z1)/ (Z2+Z1)。Z1是第一个区域的特性阻抗,Z2是第二个区域的特性阻抗。当信号从第一个区域传输到第二个区域时,交界处发生阻抗突变,因而形成反射。举个例子看看反射能有多大,假设Z1=50欧姆,Z2=75欧姆,根据公式得到反射系数为:(75-50)/(75+50)=20%。如果入射信号幅度是3.3v,反射电压达到了3.3*20%=0.66v。对于数字信号而言,这是一个很大的值。你必须非常注意他的影响。

   实际电路板上的反射可能非常复杂,反射回来的信号还会再次反射回去,方向与发射信号相同,到达阻抗突变处又再次反射回源端,从而形成多次反射,一般的资料上都用反弹图来表示。多次的反弹是导致信号振铃的根本原因,相当于在信号上叠加了一个噪声。为了电路板能正确工作,你必须想办法控制这个噪声的大小,噪声预算是设计高性能电路板的一个非常重要的步骤。

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