反射原理的学习笔记
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发布时间：2024-10-24 11:41
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时间：2024-11-06 18:48
主要学习资料参见高速先生的如下链接
输出端发出的任何数字波形，在频域分析都是很多正玄波的叠加
两个同频正玄信号叠加，输出信号决定于二者的相位关系。高速先生一文举例说明了传输线长度不同，同样的正玄输入信号经过该传输线后相位的变化
一般FR4的PCB传输延迟是6mil/1ps。对于1Ghz正玄信号（1ns的周期），波长[公式]。如果同样的输入信号，经过两个不同的传输线，然后叠加起来。如果两个传输线的长度差[公式]，叠加之后的信号会看到幅值变小，波形畸变
信号是以电磁波的形式传递的。波从一个介质入射到另一个介质时，会产生反射。同样的，当我们信号传输遇见阻抗不连续时，信号会产生反射
反射能量的强度跟阻抗比匹配的程度相关。在开路短路这种极端情况下，反射的幅值会和入射的幅值相等
当传输线的长度相对于信号的[公式]很小的时候，不需要关心反射。原因是反射都被输入信号的上升下降沿隐藏了。比如工作时钟是100MHz，数字信号的周期是10ns，信号的上升下降沿只要可以保持在1~2ns就可以保证接受端正确识别信号，因此可以考量传输线对1Ghz正玄信号的影响，只要传输线 [公式] 就可以忽略反射问题，也就不需要考虑阻抗匹配的问题
如何确定系统中最高频率信号呢？一般需要用上升时间来看。如果不知道上升时间只知道信号的时钟频率或数据率，那么一般需要考虑5次谐波也就是上升时间估计为信号周期的10%。对于10G,25G等高速串行信号，可以参照datasheet或者使用12%~15%的周期
反射系数可以参见下文推导过程：
也就是说，当X为100mil时，第一次最大衰减的频点为15GHz，我们从S参数中可以很明显的看出
当X为300mil时，第一次谐振频率为5GHz
假设总线长为2000mil，而全部按照breakout区域走线的阻抗去走的话，第一次谐振频率则变成了750MHz，谐振周期为1.5GHz
因此当PCB上有阻抗不连续，原则是减少不连续的线长。如何不连续的线长很小比如20mil，那么这个长度信号频率f满足[公式]的信号，就需要开始考虑反射的影响了；对信号频率f满足 [公式] 的信号，反射的影响是非常大的
TDR就是利用阻抗不匹配的反射来测量阻抗，以及阻抗不连续的位置
下图为例，如果待测DUT的阻抗不是50ohm，TDR测试仪可以根据测量的入射和反射波幅值，计算Zdut
待测DUT的长度可以根据开路段反射回来的信号叠加来测量
当输出器件的输出阻抗，输入器件的输入阻抗，以及传输线阻抗不匹配时，反射会发生在两两交点处。为了消除反射避免信号畸形，一般会在输入和输出添加端接电阻来改变器件的输入输出阻抗，达到阻抗匹配的效果
端接会引起信号幅值损失，上升沿变缓等缺点，但可以防止反射带来的波形畸形。如下图，可以看到端接30 ohm可以得到最好的方波
