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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Rs1Rs2。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=Rs1 Vf/If=Rs1 Vt/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。 最重要的就是匹配电阻的阻值确定，匹配的端接确定即采用何种匹配。源端串接和接收端并接的匹配方式是不一样的。 反射系数，即X=(Z2-Z1)/(Z1+Z2)，Z1和Z2分别为传输线阻抗失配分界面前后的瞬时阻抗。 那么这就有3种情况 1.Z1=Z2，即阻抗相等，X=0，即没有反射 2.Z2=无穷大，X=1，即完全正反射，很多接收端的情况 3.Z2=0，X=-1，即完全负反射，末端短路了，接地了，阻抗为0，反射信号即可以理解为返回路径上的回流 源端串联电阻R，和驱动端的源电阻R0，串联后的总电阻R+R0，总电阻值等于或者最接近传输线阻抗Z。那么这时候信号分压，真正进入传输线上传播的只有源信号电压的一半，到接收端时，由于接收端阻抗为无穷大，发生反射，反射系数为1，传输系数Y=2，即进入接收端的信号又等于驱动端的信号了。而返回源端的信号因为阻抗没有变化，到源端时被源电阻和串联匹配电阻吸收了，不再发生反射，这是理想情况。 究竟多大的反射才会引起我们的注意呢？什么样的情况下才需要作阻抗匹配呢？下面就来探讨一下： 我们在SigXplorer中搭建一个简易的Point-Point拓扑结构，开始时对驱动端的源电阻不得而知，使用理想传输线，特征阻抗为50ohm，传输延时为0.1ns，未加任何阻抗匹配元件，仿真频率选择50Mhz ? 下面来看一下仿真波形，从图示中的放大部分可以看到驱动端和源端都有明显的振铃存在，并且过冲比较大 ? 从上面的仿真结果看，源端内阻抗和传输线阻抗不匹配的确造成的反射，产生了过冲并生成了振铃，这时我们就猜想这一切的产生是否和传输线的长度有关系呢？下面修改传输线延时为0.01ns ? 仿真频率仍然为50Mhz看下仿真波形，惊讶地看到那些毛刺不见了，接收端和驱动端的波形接近重合，似乎没有发生一点变形。到这里有人也许会下这样的结论，传输线足够短的时候，就不发生反射了。那么这种论断正确么？从反射的经典理论来看这个论断是不正确的，因为理论中提到：只要信号探测到的阻抗发生变化，那么就会发生反射。理论和我们实际从表面上看似乎是发生了冲突，那么究竟是什么原因呢。我们接下来继续分析… ? 先不急着下结论，按照反射的经典理论为指导依据来处理反射问题，把传输线的延时改为