信號(hào)完整性（五）：信號(hào)反射

信號(hào)沿傳輸線向前傳播時(shí)，每時(shí)每刻都會(huì)感受到一個(gè)瞬態(tài)阻抗，這個(gè)阻抗可能是傳輸線本身的，也可能是中途或末端其他元件的。對(duì)于信號(hào)來說，它不會(huì)區(qū)分到底是什么，信號(hào)所感受到的只有阻抗。如果信號(hào)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，過孔，PCB轉(zhuǎn)角，接插件)，信號(hào)都會(huì)發(fā)生反射。

那么有多少被反射回傳輸線的起點(diǎn)?衡量信號(hào)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(hào)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(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(shù)為：

信號(hào)有1/3被反射回源端。如果傳輸信號(hào)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(jì)算過了。這時(shí)，信號(hào)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(shí)反射點(diǎn)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(jì)算為1。即反射電壓3.3V。反射點(diǎn)處電壓為6.6V。可見，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(jì)算反射系數(shù)為-1，說明反射電壓為-3.3V，因此反射點(diǎn)電壓為0。

計(jì)算非常簡(jiǎn)單，重要的是必須知道，由于反射現(xiàn)象的存在，信號(hào)傳播路徑中阻抗發(fā)生變化的點(diǎn)，其電壓不再是原來傳輸?shù)碾妷骸＿@種反射電壓會(huì)改變信號(hào)的波形，從而可能會(huì)引起信號(hào)完整性問題。這種感性的認(rèn)識(shí)對(duì)研究信號(hào)完整性及設(shè)計(jì)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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