信號反射
關注創建者：光芯片高頻實驗室 創建時間：2019-08-22
信號反射的實例教程
我們知道：電源不穩定、電源的干擾、信號間的串擾、信號傳輸過程中的反射，這些都會讓信號產生畸變，看下面這張圖，你就會知道理想的信號，經過：反射、串擾、抖動，最后變成什么鬼。
如果你的示波器測試上這樣的信號，你一定會問，為什么會這樣，怎么去解決。
反射
首先我們說一下反射：
反射－－初始波。當驅動器發射一個信號進入傳輸線時，信號的幅值取決于電壓、緩沖器的內阻和傳輸線的阻抗。驅動器端看到的初始電壓決定于內阻和線阻抗的分壓：
反射系數為：
其中-1≤ρ≤1。
當ρ=0時無反射發生；
當ρ=1(Z 2 =∞，開路)時發生全正反射；
當ρ=-1(Z 2 =0，短路)時發生全負反射。
初始電壓，是源電壓Vs（2V）經過Zs（25歐姆）和傳輸線阻抗（50歐姆）分壓，Vinitial=1.33V。
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信號振鈴怎么產生的？
信號的反射可能會引起振鈴現象，一個典型的信號振鈴如下圖所示。
那么信號振鈴是怎么產生的呢？
前面講過，如果信號傳輸過程中感受到阻抗的變化，就會發生信號的反射。這個信號可能是驅動端發出的信號，也可能是遠端反射回來的反射信號。根據反射系數的公式，當信號感受到阻抗變小，就會發生負反射，反射的負電壓會使信號產生下沖。
信號在驅動端和遠端負載之間多次反射，其結果就是信號振鈴。大多數芯片的輸出阻抗都很低，如果輸出阻抗小于PCB走線的特性阻抗，那么在沒有源端端接的情況下，必然產生信號振鈴。
信號振鈴的過程可以用反彈圖來直觀的解釋。假設驅動端的輸出阻抗是10歐姆，PCB走線的特性阻抗為50歐姆（可以通過改變PCB走線寬度，PCB走線和內層參考平面間介質厚度來調整），為了分析方便，假設遠端開路，即遠端阻抗無窮大。驅動端傳輸3.3V電壓信號。我們跟著信號在這條傳輸線中跑一個，看看到底發生了什么？為分析方便，忽略傳輸線寄生電容和寄生電感的影響，只考慮阻性負載。（如下圖為反射示意圖）
第1次反射：信號從芯片內部發出，經過10歐姆輸出阻抗和50歐姆PCB特性阻抗的分壓，實際加到PCB走線上的信號為A點電壓3.3*50/(10 50)=2.75V。傳輸到遠端B點，由于B點開路，阻抗無窮大，反射系數為1，即信號全部反射，反射信號也是2.75V。此時B點測量電壓是2.75 2.75=5.5V。
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信號振鈴怎么產生的？
信號的反射可能會引起振鈴現象，一個典型的信號振鈴如下圖所示。
那么信號振鈴是怎么產生的呢？
前面講過，如果信號傳輸過程中感受到阻抗的變化，就會發生信號的反射。這個信號可能是驅動端發出的信號，也可能是遠端反射回來的反射信號。根據反射系數的公式，當信號感受到阻抗變小，就會發生負反射，反射的負電壓會使信號產生下沖。
信號在驅動端和遠端負載之間多次反射，其結果就是信號振鈴。大多數芯片的輸出阻抗都很低，如果輸出阻抗小于PCB走線的特性阻抗，那么在沒有源端端接的情況下，必然產生信號振鈴。
信號振鈴的過程可以用反彈圖來直觀的解釋。假設驅動端的輸出阻抗是10歐姆，PCB走線的特性阻抗為50歐姆（可以通過改變PCB走線寬度，PCB走線和內層參考平面間介質厚度來調整），為了分析方便，假設遠端開路，即遠端阻抗無窮大。驅動端傳輸3.3V電壓信號。我們跟著信號在這條傳輸線中跑一個，看看到底發生了什么？為分析方便，忽略傳輸線寄生電容和寄生電感的影響，只考慮阻性負載。（如下圖為反射示意圖）
第1次反射：信號從芯片內部發出，經過10歐姆輸出阻抗和50歐姆PCB特性阻抗的分壓，實際加到PCB走線上的信號為A點電壓3.3*50/(10 50)=2.75V。傳輸到遠端B點，由于B點開路，阻抗無窮大，反射系數為1，即信號全部反射，反射信號也是2.75V。此時B點測量電壓是2.75 2.75=5.5V。
展開 遷移到高速電路中，其表現是：激勵電路特性與傳輸線特性極大地影響了從一個裝置傳送到另一個裝置信號的完整性。
具體來說，在高速電路中要想把信號能量從源端全部有效的傳送到負載端，必須使傳輸線特征阻抗與信號的源端阻抗和負載阻抗匹配，否則信號會發生反射，導致信號波形的畸變等一系列問題。
4 什么是反射
反射就是在傳輸線上的回波。信號頻率高到一定程度時，信號的反射幾乎無處不在，引發信號傳輸問題。解決反射問題是硬件工程師一項基本的要求。
要說明白反射，需要涉及前文提到過阻抗及匹配的概念。（前面所有的鋪墊都是為了說明這個。）
簡單的來說，將電流類比于水流，而將水位的高度看作為電壓，這跟我們初高中接觸的物理知識是一致的。水流的速度看作是信號的頻率，假設，河道中水的寬度為阻抗，那么河道寬阻抗必然越小，這應該很好理解，我們的走線也是一樣，走線越寬，阻抗越小。
假設完啦，下面開始分析啦！
一條小河上，水流順流，突然水流入了小溝，水道變窄，阻抗變大。這時如果水流速很快也即信號頻率很高，是不是就會濺起水花，這就是反射。此時小溝端的水位是不是也有抬高，說明這就產生了正反射，電壓變高啦！
然后又開始流啊流，又突然水流入了大江，江河明顯變寬，阻抗小啦，水位低啦，說明產生了負反射，疊加后電壓就低啦。
形象的介紹了一波，下面再來理論分析下吧:
信號的反射與線路的阻抗突變有著直接的關系。信號功率(電壓和電流)的一部分傳輸到線上并達到負載處，但是有一部分被反射了，如下圖所示。源端與負載端阻抗不匹配會引起線上反射，假設信號傳輸過程中經過兩個不同的區域，區域1阻抗為Z1,區域2阻抗為Z2，當Z2<Z1，反射系數為負產生負反射；當Z2>Z1，反射系數為正產生正反射。信號來回反射便形成了震蕩，從而導致了信號失真。
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其余探針提供終端匹配以降低微波信號反射。電光響應參數通過LCA參數提取獲得。
我們展示了利用110GHz帶寬LCA獲得的1546.1、1546.7、1546.92和1547.1nm波長下的EO S21曲線，如圖3b所示。1546.1、1546.7、1546.92和1547.1nm波長對應的調制效率分別為0.98、0.7、0.4和0.21Vcm。在這些波長下，調制帶寬超過110GHz。
一期一會 | 什么是柔性PCB？4個月前
此外，基板的彎曲可能導致信號反射的變化和阻抗不匹配。通過遵循良好的設計實踐和由信號完整性仿真驅動的正確布線，可以解決這些挑戰。
柔性PCB的常見應用
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這種失配會導致一部分信號反射回來，然后來回傳播，直至衰減。阻抗失配不僅會給信號增加噪聲，還會導致時序的不確定性，這被稱為抖動。評估阻抗失配的標準工具是時域反射儀（TDR）。TDR測量傳輸線中的反射。
通過眼圖分析實現信號完整性的可視化
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非視距情況下，無線信號只能通過反射、衍射等形式到達接收端。
在案例中，我們演示了在OptiSystem中搭建了LOS室內無線光鏈路。
系統布局如圖1所示。
圖1.LOS系統布局
發射端采用波長為450nm的LED光源，參數設置如圖2。
頻率調制的光發送器發送信號到目標，并且通過光電檢測器檢測反射信號并與原始線性調頻（LFM）信號混合。隨著接收信號的時延，產生中頻信號。
頻率調制的光發送器發送信號到目標，并且通過光電檢測器檢測反射信號并與原始線性調頻（LFM）信號混合。 隨著接收信號的時延，產生中頻信號。
2.2.2 信號完整性與EMC的關系
信號完整性和EMC是密切相關的，好的信號完整性設計往往也有助于EMC性能：
終端匹配：終端匹配可以減少信號反射，確保信號完整，同時也可以降低信號的輻射。
差分信號：使用差分信號傳輸可以提高信號的抗干擾能力，并減少對外部的干擾發射。
信號速率控制：高速信號需要特別注意上升沿和下降沿的時間，過快的信號速率會增加輻射和串擾。
