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01 概述

（1）定義：信號在傳輸線傳播的過程中遇到阻抗不連續(xù)時造成部分信號回彈的現(xiàn)象，稱之為反射。

反射的影響：反射會帶來過沖、振鈴、回溝等一系列現(xiàn)象，容易造成器件失效、邏輯判斷出錯、EMI等問題。

圖1 反射問題示意圖

（2）什么時候需要考慮反射：只有當(dāng)走線的長度達(dá)到高速信號定義時需要考慮反射（信號邊沿小于4~6倍的走線時延）。如果走線很短，產(chǎn)生的反射會被掩蓋在邊沿之中。

如下圖邊沿時間為0.1ns和0.3ns的信號在60mil和300mil走線不連續(xù)情況下的仿真結(jié)果。

圖2、3 ADS仿真：不同邊沿和走線長度對信號的影響

（3）傳輸過程中任何不均勻都會導(dǎo)致阻抗不連續(xù)，從而產(chǎn)生反射，比如線寬變化、過孔、連接器、走線分支等。

實(shí)際設(shè)計(jì)中，對于高速走線需要盡量減少過孔數(shù)量、同一層盡量保證走線寬度一致、減少走線分支。

圖4 PCB中造成反射的常見案例

02 正負(fù)反射

（1）反射系數(shù)：反射信號與入射信號的比值，反射系數(shù)為正，則該反射為正反射。反射系數(shù)為負(fù)，該反射為負(fù)反射。

公式：????=????_????????????????/????_????????????  =(????_????−????_????)/(????_????+????_???? )

圖5、6 ADS仿真：正反射和負(fù)反射

（2）全反射：接收端開路和短路的反射模型。末端開路，則反射系數(shù)為1，所有入射電壓全部反射。末端短路，反射系數(shù)為-1，由于相位相反，疊加后為0。 

如下圖，以負(fù)載開路的正全反射模型為例，源端信號在經(jīng)過串聯(lián)匹配電阻和傳輸線阻抗分壓后經(jīng)過1ns的延遲到達(dá)負(fù)載端發(fā)生全反射，兩信號疊加后幅值恢復(fù)為源信號。

圖7、8 ADS仿真：正反射和負(fù)反射

（3）舉例：在SD卡和eMMC的設(shè)計(jì)中，CLK信號通常會在源端串聯(lián)一顆匹配電阻（典型的源端串聯(lián)匹配+末端全反射模型）。左圖是在匹配電阻位置測的波形，右圖是卡座pin點(diǎn)測試的波形。兩個都是對應(yīng)位置的正常波形，但對于單向傳輸?shù)母咚傩盘?，我們只需要關(guān)注接收端的波形質(zhì)量即可。

圖9 SD卡CLK信號源端和接收端波形對比

03 常見的波形問題分析

（1）過沖：上過沖、下過沖，分別指信號高于供電電源電壓的最高電壓，低于參考平面最低電壓。

a、造成器件損壞，影響器件可靠性；

b、過沖之后的回沖會使得信號噪聲容限減小，可能會造成邏輯判斷錯誤。同時過大的回沖會使得電平有效判斷時間的窗口減小，使時序緊張。

c、過沖主要由阻抗不匹配引起，阻抗不匹配的程度越大，過沖越嚴(yán)重。

圖10、11 ADS仿真：過沖問題

（2）振鈴：信號跳變后的震蕩，由多次反射造成的，會使得信號的噪聲容限減小。

a、過大的振鈴會造成邏輯錯誤，會使得信號的高頻分量增加，增大EMI。

b、振鈴主要由輸出阻抗與傳輸線阻抗不匹配，同時信號邊沿快但高電平持續(xù)時間長造成的，或是由于信號之間的串?dāng)_、信號跳變引起的電源/地波動造成的。

圖12、13 ADS仿真：振鈴問題

（3）臺階的出現(xiàn)可能會造成信號的有效時間減小。

a、臺階如果出現(xiàn)在閾值電平附近可能會導(dǎo)致邏輯判斷錯誤；

b、回溝信號和臺階類似，對于雙邊沿采樣的時鐘信號等，回溝可能會造成多次采樣；

c、臺階產(chǎn)生主要原因是串聯(lián)端接的電阻值選取不合理造成的，回溝則是輸出阻抗不匹配或其他反射造成。

圖14、15 ADS仿真：臺階、回勾問題

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