高速信号的反射

信号完整性之反射

反射（reflection）

信号传输模型

Sin为信号源/驱动源，R1为内阻;R2为源端匹配电阻，一般是33/50R；R1+R2我们称为源端阻抗。

R3为终端匹配，一般是50欧，有时会上拉到电源，R3和终端及内阻阻抗并联值称为终端阻抗。

微带线特性阻抗/特征阻抗，如果这条传输线是一条均匀的传输线，它在每一个位置的瞬时阻抗都是相同的，我们把这个固定的阻抗值叫做传输线的特征阻抗。

而瞬时阻抗值的就是当信号在微带线上传输时，每时每刻所感受到的信号阻抗就是瞬时阻抗，瞬时阻抗可以等于特征阻抗，当然也可以不等于，但是只要是在允许公差范围就影响不大叫做特征阻抗。

特征阻抗一般有两种说法：
1、当信号传输时，本质微电磁波传输，此时伴随着电场和磁场，而阻抗被定义为电场和磁场的比值；
2、但信号传输时为高速信号，此时传输线非理想线，包含分布参数如电容、电感和电阻，此时对于信号来讲这些参数形成的阻抗就是瞬时阻抗值。

微带线特性阻抗与输入阻抗和输出阻抗一致时，对信号传输最优，此时不会发生反射。此时我们说传输线阻抗是连续的,不会发生反射。

阻抗不匹配

如果不匹配，将会导致信号反射问题，最终引起过冲和下冲问题。
而整体的影响如下图所示：

源端我们说一般叫做源端匹配，就算源端不匹配了在源端发生了反射，但是不会传到终端去；此时需要终端完全吸收掉，所以我们叫源端匹配，终端吸收。

反射的量化

具体的反射值：
在低频时，一段普通导线就可以有效地将两个电路短接在一起，但是在高频时候就不同了。首先反射发生于高速信号传输中，也就是信号的传输载体为传输线，而不是现在的互连线。传输线需要考虑高频寄生传输参数。

我们所说的常见传输线：
双绞线、同轴线、共面线、微带线、嵌入微带线、带状线。

传输线反射系数

反射系数包含源-反射系数（SRC）和负载反射系数（LRC），源反射系数是源内阻和特征阻抗关系；

负载反射系数是负载阻抗和传输线的关系。

信号在传输的过程中如果遇到阻抗突变，就会产生反射，反射电压的大小和入射电压以及传输线的阻抗有关，如下图所示，假设传输线第一个区域的瞬时阻抗为Z1，第二个区域的瞬时阻抗为Z2。

则反射电压和入射电压的比值为：
V_reflected / V_incident = （Z2-Z1） / （Z2+Z1） 范围 为：-1到1。

传输线不连续导致的多次反射：
以末端开路做说明：
下图是一个振铃现象产生的示例，信号源的内阻为10Ω，往外发送一个上升时间为1ns、幅值为1V的阶跃信号，经过一段15cm的50Ω传输线，在传输线末端开路测量。很容易得到，在传输线两侧的反射系数分别为-0.667和1，传输线末端的信号幅值如下所示。

上图为互联网图，借用，侵删

当在10欧信号源和微带线之间发生反射时，反射系数为：（10-50 ）/ （10+50）=-0.667
此时传输到微带线的信号为1V*5/6=0.83V
为什么是5/6，因为信号分压的关系50/（10+50）=5/6

当传递到源端时，信号因为全反射，所以此时变为0.83+0.83=1.66V

此时信号反射回源端，回到源端因为阻抗变化发生负反射，信号变为0.83*0.67=0.56V

0.56的信号再次传到终端时，1.66+（-0.56*2）=0.56，为什么是两次，因为传输加反射。

如此反复，将会导致严重的信号质量问题即就是振铃现象，严重时导致系统无法工作。
但需注意只有反射信号来回变化传输。

结论

所以在高速信号设计中，我们需要注意高速信号的阻抗控制，例如DDR等的走线，若阻抗控制出现问题将会导致严重的信号质量问题，甚至导致系统无法正常工作，所以一定要注意阻抗导致的反射问题。

请参考：
https://www.maximintegrated.com/en/app-notes/index.mvp/id/4168
https://wenku.baidu.com/view/b249183cbd64783e08122b05.html?from=search