信号完整性研究反射现象

信号反射研究及解决方案随着现代科技的不断发展，我们的生活日益依赖于各种信号，例如无线电波、光线、声音等等。

但是，在信号的传输过程中会遇到一些问题，其中最常见的就是信号反射。

信号反射不仅会影响信号的质量，还会导致数据传输错误，因此对于信号反射的研究及解决方案是非常重要的。

关于信号反射的研究，首先需要了解信号传输的特点。

信号传输不仅仅是单向的，而是会在传输媒介中反射或折射，这就导致信号传输路径不止一条。

反射是一种重要的传输方式，在信号反射中，信号在接触介质的表面发生反弹，并沿着入射角度进行反射。

因此，我们需要了解反射的规律，才能够有效的解决信号反射问题。

解决信号反射问题的方法有很多，其中最常见的是使用反射板或者折射棱镜。

反射板由反光材料制成，可以反射信号，并将其传输到指定的接收设备上。

折射棱镜则可以将信号从一个媒介中折射到另一个媒介中。

这些解决方案可以在一定程度上减少或消除信号反射带来的影响。

除此之外，还可以使用信号滤波技术来解决信号反射问题。

信号滤波技术可以识别和消除不需要的信号，从而提高信号传输的质量。

在信号滤波的过程中，可以选择将反射信号滤波掉，从而消除信号反射产生的影响。

另外，改变信号传输媒介也是解决信号反射问题的一个选择。

使用不同的传输媒介可以改变信号的传输路径，从而降低反射的影响。

例如，在传输光信号时，可以使用光纤来降低信号反射带来的影响。

总之，信号反射是一个广泛存在的问题，需要我们通过不同的方式和方法来解决。

对于相关研究和解决方案的探讨，可以不断拓展我们的认知，并应用到实际的场景中。

我们相信，在科技的推动下，这些问题最终将得到有效的解决。

数据分析在现代社会中扮演着非常重要的角色，它可以帮助人们更好地理解和应对日常生活中的各种问题。

以下是列出的相关数据并进行分析：1. 人口性别比例根据国家统计局的数据，中国男女性别比例为105:100。

这表明男性的数量比女性多，这可能对婚姻、就业等方面产生影响。

反射和失真使信号质量下降。一些情况下，它们看起来 就像是振铃。引起信号电平下降的下冲可能会超过噪声容 限，造成误触发。图 8.1 示例了短传输线末端由阻抗突变 造成的反射噪声。
Voltage, V ── 电压，V
time，nsec ──时间，ns
图 8.1 在 1 in 长、阻抗可控互连线的接收端，由于阻抗不匹配和 多次反射而产生的“振铃”噪声。
第二种特殊情况是传输线的末端与返回路径相短路， 即末端阻抗为 0。反射系数为(0 - 50) /(0 + 50) = -1。 1V 入射信号到达远端时，产生-1V 反射信号向源端传播。 短路突变处测得的电压为入射电压与反射电压之和， 即 1V + -1V＝0。这是合理的，因为如果此处是严格按定义 规定的短路，短路点两侧不可能有电压差。此处电压为 0V 的原因就是它是从源端出发的正向行波和返回源端的负向 行波之和。
高速电路与系统互连设计中 信号完整性(SI)分析
(之9~10[八]：传输线与反射)
李玉山
西安电子科技大学电路CAD研究所
8.0
提示
引言
如果信号沿互连线传播时所受到的瞬态阻抗发生变化，则一部分信号将
被反射，另一部分发生失真并继续传播下去，这一原理正是单一网络中多数信号完整 性问题产生的主要原因。
―――――――――――――――――――――――――――――――――
reflected ──反射
incident── 入射
measured ──测量
图 8.4 如果区域 2 是开路，则反射系数
经常说信号到达传输线的末端时，其值翻倍。从数值上这是正确的，可实
际上发生的情况并非如此。总电压即两个行波之和虽然是入射电压的两倍，但是这样 说会引起错误的直觉。最好还是把末端电压看作入射电压与反射电压之和。

信号完整性之初识信号反射版本号更改描述更改人日期1.0 第一次撰稿 eco2013-10-19 E-mial：zhongweidianzikeji@ QQ：2970904654反射产生的原因在《和信号完整性有关的几个概念》中我们已经简单的介绍了“反射”这厮。

在下认为“信号反射”在电路中是不可避免的，不论是高速电路还是低速电路。

而我们只能用一些办法去优化电路，去优化PCB的布局布线，从而降低反射的大小或者在信号反射时避免对电路的操作。

为什么信号反射无法完全消除，在高速和低速电路中都会存在，在下鄙见如下：V = 3x10^8 / sqrξ 式1其中：V是带状线中信号传播的速度（m/s），3x10^8是光速(m/s)，ξ是介电常数。

由式1可知，信号的传播速度只与物质的介电常数有关，在基材相同的情况下，不论在高速电路中还是在低速电路中信号都会以相同的速度传播。

在基材为FR4的电路板中，介电常数ξ一般为4左右，由式1我们可以计算出信号的传播速度V = 3x10^8 / sqr(4) =1.5x10^8 m/s,转换单位后约为6in/ns，这就是为什么很多资料上喊信号在FR4材料中的传播速度为6in/ns（注：1mil = 0.0254mm； 1inch = 25.4mm。

对于这个单位转化，感兴趣的人一定要自己计算计算，享受过程可以让你更快乐更智慧哦）。

1.5x10^8 m/s（6in/ns）速度极快了吧，设想山间小溪，小溪中的水流以1.5x10^8 m/s流动，流动中突遇一石头便会荡起无数涟漪，迸射无数水花。

溪中这块石头意味着阻抗失配。

综上所述，我们姑且把这水流现象近似看作电路中的信号反射。

为了给大家一个直观的感受，在下从网上找了两张图片，见图1、图2。

很多时候有些东西是说不清道不明的，关键看大家如何去想，如何去悟。

我建议大家应该看着这个水流冥想一下。

图1 这就是电流图2 请想象成电流I’m sorry,说的太远。

假设传输线的末端是开路，1ns 后在线末端，测得开 路两端的总电压为两个波之和，即 0.84V +0.84V＝1.68V。
再经过 1ns 后，0.84V 反射波到达源端，又一次遇到 阻抗突变。源端的反射系数是(10 - 50)/(10+50)＝- 0.67， 这时将有 0.84V×(-0.67)＝-0.56V 反射回线远端。当然， 这个新产生的波又会从远端反射回源端，即-0.56V 电压将 被反射回来。线远端开路处将同时测得四个波：从一次行 波中得到 2×0.84 V＝1.68 V，从二次反射中得到的 2× (-0.56)＝-1.12 V，故总电压为 0.56 V。
8.1 阻抗变化处的反射
无论什么原因使瞬态阻抗发生了改变，部分信号将沿 着与原传播方向相反的方向反射，而另一部分将继续传播， 但幅度有所改变。将瞬态阻抗发生改变的地方称为阻抗突 变，或简称突变。
反射信号的量值由瞬态阻抗的变化量决定，如图 8.2 所 示。如果第一个区域瞬态阻抗是 Z1，第二个区域是 Z2，则 反射信号与入射信号幅值之比为(后面的 8.10 式给出证明)：
(8.9)
最终可得：
(8.10)
这就是反射系数的定义(即(8.1)式)。用同样的方法可 以很容易推导出传输系数 t。将根据(8.2)式得出的 V ， refl 代入(8.7)式可得：
Vinc Vtrans Vinc Vtrans
Z1
Z1
Z2
对上式通分、化简后可得：
(8.11)
没有人知道到底是什么产生了反射电压？只是知道当 产生之后，只有这样交界面两侧的电压才可以相等，交界 面处的电压才是连续的。同样，在交界面两侧也存在电流 回路，电流也是连续的。这样，整个系统也才是平衡的(有 点唯心主义的解释)。

一、实验背景信号反射是信号传输过程中常见的现象，它对信号的传输质量有着重要的影响。

为了研究信号反射现象，我们进行了信号反射实验，通过实验验证了信号反射的基本规律，并分析了影响信号反射的因素。

二、实验目的1. 了解信号反射的基本原理和规律；2. 掌握信号反射实验的步骤和方法；3. 分析影响信号反射的因素；4. 培养学生独立思考和实验操作的能力。

三、实验原理当信号从一种介质传播到另一种介质时，由于两种介质的电磁特性不同，部分信号会被反射回来。

信号反射的程度与两种介质的介电常数、传播速度、入射角度等因素有关。

四、实验设备与材料1. 信号发生器；2. 信号分析仪；3. 同轴电缆；4. 射频衰减器；5. 射频隔离器；6. 实验台；7. 计算机及实验软件。

五、实验步骤1. 将信号发生器输出信号连接到同轴电缆的一端，另一端连接到信号分析仪；2. 调整信号发生器的输出频率，记录信号分析仪的输入功率；3. 在同轴电缆的连接处引入一个反射点，如将电缆折返；4. 再次调整信号发生器的输出频率，记录信号分析仪的输入功率；5. 改变反射点的位置，重复步骤4；6. 记录不同位置、不同频率下的信号反射情况；7. 分析实验数据，总结信号反射的基本规律。

六、实验结果与分析1. 实验结果表明，信号反射程度与反射点的位置、信号频率有关。

当反射点靠近信号分析仪时，反射程度较大；随着反射点距离信号分析仪的增大，反射程度逐渐减小；2. 在相同频率下，信号反射程度随反射点位置的移动而变化。

当反射点与信号分析仪的距离为0.5米时，反射程度最大；3. 实验结果与理论分析基本一致，说明信号反射现象符合电磁学原理。

七、实验结论1. 信号反射是信号传输过程中常见的现象，对信号的传输质量有重要影响；2. 信号反射程度与反射点的位置、信号频率有关；3. 通过调整反射点的位置，可以减小信号反射程度，提高信号传输质量。

八、实验体会1. 通过本次实验，我们了解了信号反射的基本原理和规律，掌握了信号反射实验的步骤和方法；2. 实验过程中，我们学会了如何调整实验参数，分析实验数据，总结实验结论；3. 本次实验培养了我们的独立思考和实验操作能力，提高了我们的实践技能。

电路板级的信号完整性问题和仿真分析摘要：今天随着电子技术的发展，电路板设计中的信号完整性问题已成为PCB设计者必须面对的问题。

信号完整性指的是什么？信号在电路中传输的质量。

由于电子产品向高速、微型化的发展，导致集成电路开关速度的加快，产生了信号完整性问题。

常见的问题有反弹、振铃、地弹和串扰等等。

这些问题将会对电路板设计产生怎样的影响？通过理论分析探讨，找到解决它们的一些途径。

传统的PCB设计是在样机中去测试问题，极大的降低了产品设计的效率。

使用EDA工具分析，可以将问题在计算机中进行暴露处理，降低问题的出现，提高产品的设计效率。

这里以Altium Designer 6.0工具为例，介绍分析解决部分信号完整性问题的方法。

关键词：信号完整性 Altium Designer 6.0 仿真分析[中图分类号] O59 [文献标识码] A [文章编号] 1000-7326（2012）04-0125-0320世纪初叶，科学家先后发明了真空二极管和三极管，它代表人类进入了电子技术时代。

随后半导体晶体管和集成电路的出现，将电子技术推向了一个新的时期。

特别是IC芯片的发展，使电子产品越来越趋向于小型化、高速化、数字化。

但同时却给电子设计带来一个新的问题：体积减小导致电路的布局布线密度变大，而同时信号的频率也在迅速提高，如何处理越来越快的信号。

这就是我们硬件设计中遇到的最核心问题：信号完整性。

为什么我们以前在学校学习和电子制作中没有遇到呢？那是因为在模拟电路中，采用的是单频或窄频带信号，我们关心的只是电路的信噪比，没有去考虑信号波形和波形畸变；而在数字电路中，电平跳变的信号上升时间比较长，一般为几个纳秒。

元件间的布线不会影响电路的信号，所以都没有去考虑信号完整性问题。

但是今天，随着GHz时代的到来，很多IC的开关速度都在皮秒级别，同时由于对低功耗的追求，芯片内核电压越来越低，电子系统所能容忍的噪声余量越来越小，那么电路设计中的信号完整性问题就突现出来了。

信号完整性分析---信号反射及阻抗匹配信号反射产生的原因，当信号从阻抗为Z0 进入阻抗为ZL 的线路时，由于阻抗不匹配的原因，有部分信号会被反射回来，也可以用“传输线上的回波来概括”。

如果源端、负载端和传输线具有相同的阻抗，反射就不会发生了。

反射的影响:如果负载阻抗小于传输线阻抗，反射电压为负，反之，如果负载阻抗大于传输线阻抗，反射电压为正。

实际问题中，PCB上传输线不规则的几何形状，不正确的信号匹配，经过连接器的传输及电源平面不连续等因素均会导致反射情况发生，而表现出诸如过冲/下冲以及振荡等信号失真的现象。

过冲，当信号的第一个波峰超过原来设定的最大值，信号的第一个波谷超过原来设定的最大值时，为过冲，也就是冲过头了。

下冲，当信号的第二个波峰波谷超过设定值时，称为下冲。

过大的过冲会导致元件保护二极管损坏，而下冲严重时会产生假时钟，导致系统误读写操作。

如果过冲过大我们可以采用阻抗匹配的方式消除过冲，方法很简单如下所示：效果如下：震荡：信号的反射也会引起信号震荡，而震荡的本质跟过冲/下冲是一样的，在一个周期内，信号反复的过冲下冲我们称之为信号震荡。

震荡是消除电路多余能量的一种方式。

通过震荡的信号，可以将反射而产生的多余能量给消耗掉。

欠阻尼（振铃）是指终端的阻尼小，过阻尼（环绕）是指终端的阻尼大了。

(PS:不只是分布式电路才会产生振荡，集总电路由于LC振荡也会产生振荡，其振荡的大小和电路的品质因素Q有关，Q值代表了电路中信号的衰减速度，Q值越高衰减越慢。

可以通过单位时间电路储存的能量与丢失的能量比值来衡量)Q<1/2的时候就不存在过冲或者振荡。

Q值的计算方法为： L是导线的平均电感，C是接收端的负载电容，Rs 是驱动端的输出电阻。

阻抗匹配，由于源端与负载端的阻抗不匹配才引起信号的反射，因此要进行阻抗匹配，从而降低反射系数，可以在源端串接阻抗，或者负载端并行接阻抗。

反射系数公式：P=(Z1-Z0)/(Z1+Z0)阻抗匹配端接技术汇总单电阻端接经总结：串联电阻匹配一般适用于单个负载的情况。

36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
Hale Waihona Puke xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
信号完整性-9~10反射
11、战争满足了，或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)
13、遵守纪律的风气的培养，只有领 导者本 身在这 方面以 身作则 才能收 到成效 。—— 马卡连 柯 14、劳动者的组织性、纪律性、坚毅 精神以 及同全 世界劳 动者的 团结一 致，是 取得最 后胜利 的保证 。—— 列宁 摘自名言网
15、机会是不守纪律的。——雨果
谢谢！

3.2 信号完整性仿真3.2.1 信号完整性基础高速PCB的信号线必须按照传输线理论去设计，否则就会产生反射、串扰、过冲和下冲等问题而严重影响信号的完整性。

信号完整性是指信号在电路中以正确的时序和电压作出响应的能力。

如果电路中信号能够以要求的时序、持续时间和电压幅度到达IC，则该电路具有较好的信号完整性。

反之，当信号不能正常响应时，就出现了误触发、阻尼振荡、过冲、欠冲等时钟间歇振荡和数据出错等信号完整性问题。

当频率超过50MHz或信号上升时间Tr小于6倍传输线延时时，系统的设计必然面对互连延迟引起的时序问题以及串扰、传输线效应等信号完整性问题。

以下是印象信号完整性的一些现象。

①反射反射就是信号在传输线上的回波现象。

此时信号功率没有全部传输到负载处，有一部分被反射回来了。

在高速的PCB中导线必须等效为传输线，按照传输线理论，如果源端与负载端具有相同的阻抗，反射就不会发生了。

如果二者阻抗不匹配就会引起反射，负载会将一部分电压反射回源端。

根据负载阻抗和源阻抗的关系大小相同，反射电压可能为正，也可能为负。

如果反射信号很强，叠加在原信号上，很可能改变逻辑状态，导致接受数据错误。

如果在时钟信号上可能引起时钟沿不单调，进而引起误触发。

一般布线的几何形状、不正确的线端接、经过连接器的传输以及电源平面的不连续等因素均会导致此类反射。

；另外常有一个输出多个接收，这时不同的布线策略产生的反射对每个接收端的影响也不相同，所以布线策略也是影响反射的一个不可忽视的因素。

②串扰在所有的信号完整性问题中，串扰现象是非常普遍的。

串扰可能会出现在芯片内部，也可能出现在电路板、连接器、芯片封装以及线缆上。

串扰是指在两个不同的电性能之间的相互作用。

产生串扰被称为Aggressor，而另一个收到串扰的被称为Victim。

通常，一个网络既是入侵者，又是受害者。

振铃和地弹都属于信号完整性问题中单信号线的现象，串扰则是自同一块PVB板上的两条信号线与地平面引起的，故也称为三线系统。

分析Technology AnalysisI G I T C W 技术132DIGITCW2021.04PCB 设计时我们常遇到下面情景，当PCB 上两个信号走线紧挨着且长距离平行走线时，信号之间容易互相干扰；或者走线不平滑有拐角出现，走线经过接插件、过孔时会出现振铃等信号质量问题。

上面的是我们PCB 设计人员常遇到的串扰和反射信号完整性问题。

下面我们先来看下反射问题。

当信号沿着走线传输时，它有一定的瞬态阻抗，而当其瞬态阻抗发生变化时，部分信号就会将沿着与原传播方向相反的方向回传，而另一部分将向前继续传播，但信号幅度有所改变（如图1所示）。

我们通常将瞬态阻抗发生改变的地方称为阻抗突变，阻抗突变引起了信号反射。

图1分析反射问题我们通常运用Altium Designer 软件来进行仿真工作。

用软件进行反射波形仿真时要注意以下几个要点：（1）每个元件的模型必须正确。

（2）有电路作为源的驱动。

（3）设定激励源。

（4）设定电源和地网络。

（5）PCB 层叠设定。

反射问题的实质其实是传输线的阻抗发生了变化，所以解决阻抗的突变是处理反射的最好手段。

那么采取某些方法使得阻抗突变减小，从而改善反射问题是接下来要讨论的内容。

解决阻抗突变常用的阻抗匹配方式有以下几种，如图所示：（1）串联匹配通常是在输出端上串接一个电阻，使其与传输线的阻抗一致；比较常用是33欧姆的电阻。

（2）并联匹配是在负载端并联电阻或电容，使其阻抗等于传输线特性阻抗。

（3）戴维南匹配是在负载端的电源端上拉电阻R1和在地端下拉电阻R2，通过R1和R2来吸收反射，其等效电阻R1/R2等于传输线阻抗，减少对输出端的驱动要求。

（4）RC 匹配是在负载端并联电容和电阻，电阻来消除反射，电容来减少功耗。

（5）二极管匹配常用于差分信号，对信号的过冲、欠冲有抑制作用，但其无法与线路特性阻抗匹配，所以反射不能消除。

从上面方法来看，串联匹配和并联匹配可能是比较有效的、实用的解决信号反射的方法，接下来用Altium Designer 仿真来看下两种匹配方式的效果。

信号完整性研究：反射现象前面讲过，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。

信号完整性：信号反射时间:2009-04-17 21:12来源:未知作者:于博士点击: 3212次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。

信号完整性基础之反射反射是引起SI的一个最基本因素，信号在传输线传播过程中，一旦它所感受到的传输线瞬时阻抗发生变化，那么就必将有发射发生。

反射是由于传输线瞬时阻抗变化而引起的下面就从理论角度来分析一下反射的机理、反射系数和传输系数的计算配个简易图来加以说明图中褐色的为电路板上的大面积铺铜层（GND或者PWR），它是信号的返回路径。

绿色和红色是传输线，S1比较宽，S2较窄，很明显在S1和S2的交接处出现了阻抗不连续，根据阻抗计算公式应该是Rs1<Rs2。

那么信号传输到这里的时候，从反射的定义来看应该是发生了反射。

那么究竟有多少信号被反射了呢？又有多少信号通过了界面进入S2了呢？这里就涉及到了反射的计算，即反射系数的计算和传输系数的计算在交界面，虽然阻抗发生了变化，但是电压和电流一定都是连续的这个结论一定要能理解，电压和电流不可能出现一个断裂即在交界面的左边一点和右边一点，他们的电压和电流都是相等的这里的一点点就像微积分中的那么一小点在分界面的左边一点点S1中有：Rs1=V1/I1 （1）在分界面的右边一点点S2中有：Rs2=V2/I2 （2）其中的V1、V2分别为分界面两侧的电压，I1和I2为分界面两侧的电压由上面的电压和电流连续性得知：V1=V2,I1=I2 （3）分析上面的三组方程，如果没有反射，他们是不可能同时成立的因为Rs1和Rs2是不相等的所以可以判定在分界面必定存在反射回源端的信号反射电压设为Vf，反射电流为If进入S2的电压为Vt，电流为It（称他们为传输电压和传输电流）信号电压为Vi，电流为Ii（称之为输入电压，从分界面看）电压关系有：Vi+Vf=Vt电流关系有：Ii-If=It这又是很关键的两个关系式因为Vi/Ii=Rs1Vf/If=Rs1Vt/It=Rs2把这三个关系式代入到上面的两个电压和电流关系方程中可以得到Vi/Rs1-Vf/Rs1=Vt/Rs2=（Vi+Vf）/Rs2（Vi-Vf）/Rs1=（Vi+Vf）/Rs2反射系数X定义为反射电压和输入电压的比值，即Vf/Vi可求的X=（Rs2-Rs1）/（Rs1+Rs2）传输系数Y定义为传输电压和输入电压的比值，即Vt/Vi经过X式小变形即可求得可求的Y=2Rs2/（Rs1+Rs2）反射是经常遇到的SI问题，我们只能无限地缩小它，却不能完全消除它，在波形能够接受的情况下尽量做到最大限度的抑制反射，这就是我们要做的工作。

8.1 阻抗变化处的反射
无论什么原因使瞬态阻抗发生了改变，部分信号将沿 着与原传播方向相反的方向反射，而另一部分将继续传播， 但幅度有所改变。将瞬态阻抗发生改变的地方称为阻抗突 变，或简称突变。
反射信号的量值由瞬态阻抗的变化量决定，如图 8.2 所 示。如果第一个区域瞬态阻抗是 Z1，第二个区域是 Z2，则 反射信号与入射信号幅值之比为(后面的 8.10 式给出证明)：
分界面两侧电压相同的条件： (8.2)
区域 1，分界处总电流由两个电流回路决定，它们传播 方向相反，回路方向也相反。入射电流方向是顺时针，反 射电流方向是逆时针。区域 1 分界面处净电流为 Iin的，等于 Itrans。分别从分 界面两侧看进去，电流相同的条件是：
8.3 电阻性负载的反射
特性阻抗是纯电阻性质，它只是反映出上面电压电流 的同相特点。它的值与频率几乎无关，各种频率的信号都 会发生反射。传输线的终端匹配有三种最重要的特殊情况。 现假设传输线的特性阻抗是 50Ω，信号由源端沿传输线到 达有特殊终端的远端。
首先，如果传输线的终端为开路，即传输线的末端没 有连接任何终端，则末端的瞬态阻抗是无穷大。这时，反 射系数为(无穷－50)/(无穷＋50)＝1。
假如没有产生返回源端的反射电压，同时又要维持分 界面两侧的电压和电流相等，就需要关系式 V1=V2，I1=I2。 而 I1=V1/Z1，I2=V2/Z2 同时成立，显然，当两个区域的阻抗不 同时，这四个关系式绝不可能同时成立。
为了使整个系统协调稳定，区域 1 中产生了一个反射 回源端的电压。它的唯一目的就是吸收入射信号和传输信 号之间不匹配的电压和电流，如图 8.3 所示。
(8.3) 每个区域中的阻抗值为该区域中电压与电流的比值：
(8.4) (8.5)

查看文章信号完整性分析2009-06-08 10:32信号完整性问题概述信号完整性（Signal Integrity ，简称SI ）是指信号在电路中以正确对信号线上信号质量的描述。

如果电路中信号能够以要求的时序、持续时间和电压幅度到达IC ，反之，当信号不能正常响应时，就出现了信号完整性问题。

信号完整性问题主要表现为5个方面：延迟、反射、串扰、同步切换mass_ping的空间延迟——延迟是指信号在PCB板的导线上以有限的速度传输，信号从在一个传输延迟。

信号的延迟会对系统的时序产生影响，在高速数字系的长度和导线周围介质的介电常数。

反射——当PCB板上导线(高速数字系统中称为传输线)的特征阻抗与收端后有一部分能量将沿着传输线反射回去，使信号波形发生畸变，如果在传输线上来回反射，就会产生振铃和环绕振荡。

串扰——由于PCB板上的任何两个器件或导线之间都存在互容(mutua 件或一根导线上的信号发生变化时，其变化会通过互容和互感影响其度取决于器件及导线的几何尺寸和相互距离。

同步切换噪声——当PCB板上的众多数字信号同步进行切换时(如CPU 于电源线和地线上存在阻抗，会产生同步切换噪声，在地线上还会出和地弹的强度也取决于集成电路的IO特性、PCB板电源层和地平面层布局和布线方式。

电磁兼容性——同其它的电子设备一样，PCB也有电磁兼容性问题布线方式有关。

为什么要做信号完整性分析过去，在系统时钟低于50MHz的电路板设计中，信号完整性(SI)问题修改就可消除SI问题或将其影响降至最低。

但是随着集成电路输出开关信号完整性已经成为高速数字PCB设计必须关心的问题之一。

元器件和上的布局、高速信号的布线等因素，都会引起信号完整性问题，导致系作。

越来越多的设计工程师发现SI问题的成因不仅仅是高速设计。

真正的而是驱动器上升和下降时间的缩短。

随着工艺技术的进步及IC制造商们所生产的标准元件具有更小的裸片尺寸和越来越快的边缘速率。

信号完整性：反射是如何产生的？
 有小伙伴看完之前的文章说，不够深入浅出，想了想，再写一篇，力图简单易懂的说明白反射是如何形成的。

 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，那幺河道宽阻抗必然越小，这应该很好理解，。

i(z, t)z = Gu(z, t) + Cu(z, t)t + c ∂i(z,t) ∂t
这就是均匀传输线方程，也称电报方程。
对于时谐电压和电流, 可用复振幅表示为
u(z, t)=Re［U(z)e jωt］
（1.1.4a）
i(z, t)=Re［I(z)e jωt］
（1.1.4b）
将上式代入（1- 1- 3）式, 即可得时谐传输线方程
1.3 传输线的工作特性参数
1.3.1 特性阻抗 Z0
将传输线上导行波的电压与电流之比定义为传输线的特性阻抗, 用 Z0 来表示, 其倒数 称为特性导纳, 用 Y0 来表示。
特性阻抗一般表达式为
Z0 =
R + jwL C + jwC
对于均匀无耗传输线, R=G=0, 传输线的特性阻抗为
(1.3.1)
=A1e+αzcos(ωt+βz)+A2e-αz cos(ωt-βz)
i(z, t)=i+(z, t)+i-(z, t)
（1.2.5）
= 1/Z0 [A1e+αzcos(ωt+βz)+A2e-αz cos(ωt-βz)]
由上式可见, 传输线上电压和电流以波的形式传播, 在任一点的电压或电流均由沿-z 方向传播的行波（称为入射波）和沿+z 方向传播的行波（称为反射波）叠加而成。
现在来确定待定系数, 由图 1-1（a）可知, 传输线的边界条件通常有以下三种: 1. 已知终端电压 U l 和终端电流 I l ; 2. 已知始端电压 U i 和始端电流 I I ; 3. 已知信源电动势 Eg 和内阻 Zg 以及负载阻抗 Z l 。
讨论第一种情况

源端 图 4.2 负载端 理想传输线模型及相关参数
理想传输线 L 被内阻为 R0 的数字信号驱动源 VS 驱动，传输线的特性阻抗为 Z0，负载阻抗 为 RL。理想的情况是当 R0＝Z0＝RL 时，传输线的阻抗是连续的，不会发生任何反射，但能量 一半消耗在源内阻 R0 上，另一半消耗在负载电阻 RL 上（传输线无直流损耗，即无耗传输线） 。 如果负载阻抗大于传输线的特性阻抗，Z0＜RL 那么负载端多余的能量就会反射回源端， 由于负载端没有吸收全部能量，称为欠阻尼。如果负载阻抗小于传输线的特性阻抗，即 Z0＞ RL，负载试图消耗比当前源端提供的能量更多的能量，称为过阻尼。欠阻尼和过阻尼都会产 生反向传播的波形，某些情况下在传输线上会形成驻波（有三种情况，将在下面进行讨论） 。 当 Z0＝RL 时，负载完全吸收到达的能量，没有任何信号反射回源端，称为临界阻尼。从系统 设计的角度来看，由于临界阻尼情况很难满足，所以最可靠适用的方式轻微的过阻尼，因为 这种情况没有能量反射回源端。 负载端阻抗与传输线阻抗不匹配会在负载端（B 点）反射一部分信号回源端（A 点） ，反 射电压信号的幅值由负载反射系数ρL 决定，见下式：
4
的直线，并延伸到负载特性曲线。与负载线的交点定义了 t= TD 时负载端的电压和电流，其 中 TD 是传输线的时间延迟。交替使用的斜率 1/Zo 和-1/Zo 重复这个过程，直到传输线矢量 到达负载线与源端线的交点。传输线矢量与负载及源头 I-V 曲线的交点给出了稳态的电压和 电流值。
图 4.6 用于计算非线性负载多次反射的 Bergeron 图
Байду номын сангаас
OSCILLOSCOPE
Design file: UNNAMED0.TLN Designer: fzpc BoardSim/LineSim, HyperLynx 7.000 6.000 5.000 4.000 Probe Probe Probe Probe 1:U(A0) 2:U(B0) 3:RS(A0).1 4:RS(A0).2