反射基本原理

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回源端，另一部分发生失真并继续传播，这正是单一网络中多数信号完整性问题产生的主要原因。

信号只要遇到瞬态阻抗突变，反射就会发生。通常反射可能发生在线末端，或者是互连线拓扑结构发生改变的地方，如拐角、过孔、T型结构、接插件等处。因此设计互连线的目的就是尽可能保持信号受到的阻抗恒定。

只要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：

V re/V in = (Z2-Z1)/(Z2+Z1)=ρ

V re-反射电压；

V in -入射电压；

Z1-信号最初所在区域1的瞬态阻抗；

Z2-信号进入区域2时的瞬态阻抗；

ρ-反射系数。

两个区域的阻抗差异越大，反射信号量就越大。

例如，1V信号沿特性阻抗为50欧姆的传输线传播，开始所受到的瞬态阻抗为50欧姆，当它进入特性阻抗为75欧姆的区域时，反射系数为：

(75-50)/(75+50)=0.2，反射电压为1V×0.2=0.2V。

下面讨论反射产生的机理。

在突变交界面处，无论是从区域1还是从区域2看过去，交界面两侧的电压和电流都必须是相同的。

边界处不可能出现电压不连续，否则此处会有一个无限大电场；也不可能出现电流不连续，否则会有一个无限大的磁场。

为了维持分界面两侧的电压和电流相等，就需要满足关系式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，这些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，如图所示。

入射信号穿越分界面时，产生了反射电压和电流，从而使分界面两侧的电压和电流回路相匹配。

入射信号V in向着分界面传播，而传输信号V trans向远离分界面的方向传播。分界面两侧电压相同的条件：

V in+V re=V trans

在区域1，分界处总电流由入射电流和反射电流决定，它们传播方向相反。区域1分界面处净电流为I in-I re。

在区域2中，电流等于I trans。分别从分界面两侧看进去，电流相同的条件是：

I in- I re =I trans

每个区域中的阻抗值为该区域中电压与电流的比值：

V in /I in=Z1, V re / I re =Z1, V trans / I trans =Z2

代入电流表达式中得：

V in /Z1- V re /Z1= V trans /Z2

V in /Z1- V re /Z1=( V in + V re)/Z2

V in *(Z2-Z1)/(Z2*Z1)= V re *(Z2+Z1)/(Z2*Z1)

即：

V re / V in =(Z2-Z1)/(Z2+Z1)=

这就是传输系数的定义。

当信号沿传输线传播时遇到阻抗突变，在突变处将产生另一个波。该波将叠加在第1个波上，向源端传播，其幅度等于入射电压的幅度乘以反射系数。反射系数描述了反射回源端的那部分电压。传输系数描述了通过交界面进入第二区域的部分入射电压。

为了减少和消除反射，在高速电路板设计中的要注意四点：

1.使用可控阻抗互连线；

2.传输线两端至少有一端需要匹配；

3.采用使多分支产生的影响最小化的布线拓扑结构；

4.使几何结构的不连续（突变）最小化。