一文了解高速设计中的信号反射

高速PCB板中，走线不仅仅是连接两个点。作为一名合格的工程师，走线就是包括电阻，电容，电感的混合知识载体。信号线在传输过程中会有反射现象，这个必须要了解一下，负载端反射的大小取决传输线的Z和负载的Z。

系统模型如下图：

信号被反射的大小用反射系数KR来衡量，负载端的反射系数为： KRL=(ZL—Z0)/(ZL+Z0)，对于开路负载，KRL=1；对于短路负载，KRL=-1 可见，对于开路和短路负载，信号被100%反射回来了。KRL为负值表明被反射的信号与原信号方向相反。同样，信号在源端反射的大小用源端的反射系数表示：KRS=(ZS—Z0)/(ZS+Z0)。

设驱动器的标准输出电平为0.2V，电流 24mA，则其输出阻抗ZS约为8.3 Ω。设负载的输入阻抗ZL大于100KΩ，远大于Z0（约为67Ω），则负载端反射系数为：KRL=1，信号在负载端被100%反射。源端反射系数为KRS=-0.78。

下面来具体分析驱动器产生一个从3.5V切换至0.2V信号的反射过程。

第1次反射：驱动器电压为3.3V，根据ZS与Z0组成的分压原理，Z0上产生的信号△V=-2.94V，源端信号电压为VS=O.56V。负载端反射系数为1。当信号到达负载端时，VL=3.5-2.94-2.94=-2.38V。

第2次反射：开始源端信号为0.56V，当-2.94V信号到达源端发生第二次反射，反射电压为：VR=KPS*△V =-0.78*(-2.94)=2.29V。所以源端电压变为VS=0.56+（-2.94）+2.29=-0.09V。

第3次反射：当第2次反射信号到达负载端时，负载端电压变为：

VL =-2.38+2.29+2.29=2.2.V

在这种阻抗不匹配的传输线上，信号就是这样来回反射，每反射一次其幅值就减小一些，直至最后消失。此过程如图2所示，左侧和右侧的竖线分别代表源端和负载端的电压，斜线则标明了传送信号和反射信号电压的大小。也可以用图3来表示信号的具体反射过程，图3（a）表示源端信号，图3（b）表示负载端信号。可以看到在经过5个周期以后传输到负载端的信号才下降至输入门槛值以下，传输延时一般介于6——16ns/m之间，若传输延时tPD=10ns/m,，则通过一根0.15m的传输线的延时约为1.5ns，那么该信号在传送出去大约13.5ns之后才可以认为是有效的。