信号完整性分析

信号完整性：信号反射 作者:于博士 信号沿传输线向前传播时，每时每刻都会感受到一个瞬态阻抗，这个阻抗可能是传输线本身的，也可能是中途或末端其他元件的。对于信号来说，它不会区分到底是什么，信号所感受到的只有阻抗。如果信号感受到的阻抗是恒定的，那么他就会正常向前传播，只要感受到的阻抗发生变化，不论是什么引起的（可能是中途遇到的电阻，电容，电感，过孔，PCB 转角，接插件），信号都会发生反射。 那么有多少被反射回传输线的起点？衡量信号反射量的重要指标是反射系数，表示反射电压和原传输信号电压的比值。反射系数定义为： 。其中： 为变化前的阻抗， 为变化后的阻抗。假设 PCB 线条的特性阻抗为50 欧姆，传输过程中遇到一个 100 欧姆的贴片电阻，暂时不考虑寄生电容电感的影响，把电阻看成理想的纯电阻，那么反射系数为： ，信号有 1/3 被反射回源端。如果传输信号的电压是 3.3V 电压，反射电压就是 1.1V。 纯电阻性负载的反射是研究反射现象的基础，阻性负载的变化无非是以下四种情况：阻抗增加有限值、减小有限值、开路（阻抗变为无穷大）、短路（阻抗突然变为 0）。 阻抗增加有限值： 反射电压上面的例子已经计算过了。这时，信号反射点处就会有两个电压成分，一部分是从源端传来的 3.3V 电压，另一部分是在反射电压 1.1V，那么反射点处的电压为二者之和，即 4.4V。 阻抗减小有限值： 仍按上面的例子，PCB 线条的特性阻抗为 50 欧姆，如果遇到的电阻是 30 欧姆，则反射系数为 ，反射系数为负值，说明反射电压为负电压，值为 。此时反射点电压为 3.3V +（-0.825V）=2.475V。 开路： 开路相当于阻抗无穷大，反射系数按公式计算为 1。即反射电压 3.3V。反射点处电压为 6.6V。可见，在这种极端情况下，反射点处电压翻倍了。 短路： 短路时阻抗为 0，电压一定为 0。按公式计算反射系数为-1，说明反射电压为-3.3V，因此反射点电压为 0。 计算非常简单，重要的是必须知道，由于反射现象的存在，信号传播路径中阻抗发生变化的点，其电压不再是原来传输的电压。这种反射电压会改变信号的波形，从而可能会引起信号完整性问题。这种感性的认识对研究信号完整性及设计电路板非常重要，必须在头脑中建立起这个概念。 特性阻抗和频率有关吗？ 作者:于博士 难得半日清闲，看到留言板有网友留言问道这个问题，留一篇随笔，与各位网友共享。 当我们提到特性阻抗的时候，通常很少考虑它...