【導讀】在設計低速信號時(shí)，工程師最關(guān)心的是信號如何從源頭到達目的地。當信號達到數百 MHz 或 Ghz 級別時(shí)，他們的關(guān)注點(diǎn)就會(huì )發(fā)生變化。在如此高的頻率下，工程師需要擔心信號是否會(huì )反射到走線(xiàn)上。
本文要點(diǎn)：
? 理解什么是 RF 反射。
? RF 反射對信號完整性的影響。
? 抑制 RF 反射的方式。
什么是 RF 反射？
在設計低速信號時(shí)，工程師最關(guān)心的是信號如何從源頭到達目的地。當信號達到數百 MHz 或 Ghz 級別時(shí)，他們的關(guān)注點(diǎn)就會(huì )發(fā)生變化。在如此高的頻率下，工程師需要擔心信號是否會(huì )反射到走線(xiàn)上。
RF 反射類(lèi)似于聲波反彈并產(chǎn)生回聲。水波的撞擊和反彈也與之類(lèi)似。發(fā)生反射的原因是，波在傳播過(guò)程中遇到了介質(zhì)不連續的情況，RF 反射波的原理也是如此。
在設計傳輸線(xiàn)時(shí)必須考慮到 RF 反射。傳輸線(xiàn)設計的基本原則之一是確保驅動(dòng)端、走線(xiàn)和負載端的特性阻抗相匹配。特性阻抗并非由電阻或走線(xiàn)長(cháng)度定義，而是由電介質(zhì)、走線(xiàn)寬度以及走線(xiàn)與平面之間的間距決定。
RF 反射與聲波反射的原理類(lèi)似，在特性阻抗不連續的情況下出現。
為了確保驅動(dòng)端將 RF 信號完全傳輸到負載端，傳輸線(xiàn)上的特性阻抗必須相等且匹配。只要阻抗出現任何不連續的情況，就會(huì )導致 RF 波反彈回驅動(dòng)端。這就是所謂的 RF 反射現象。
RF 反射對信號完整性有何影響？
只要特性阻抗出現不匹配，信號就會(huì )發(fā)生反射。不過(guò)，在低速信號下，這幾乎不會(huì )導致實(shí)質(zhì)性的問(wèn)題。當走線(xiàn)或導體的長(cháng)度等于或大于信號波長(cháng)的 1/4 時(shí)，RF 反射就會(huì )造成不良后果。
RF 反射會(huì )導致信號衰減和干擾
換言之，在 GHz 頻率下需要關(guān)注 RF 反射問(wèn)題。當信號因阻抗不連續而發(fā)生反射時(shí)，會(huì )出現兩種情況：
信號衰減
信號出現衰減，因為并非所有的能量都傳輸到了負載端。這會(huì )影響傳輸質(zhì)量，接收器可能需要借助放大器才能接收到信號。
信號干擾
反射導致信號反彈，并與來(lái)自信號源的入射波發(fā)生干涉。這種碰撞會(huì )造成干擾，導致波形在某些點(diǎn)出現峰值，即所謂的“入射波”點(diǎn)。
某些峰值的振幅可能會(huì )超出某些元件的承受極限，從而導致元件損壞。在不太嚴重的情況下，當反射波與正在傳輸的信號發(fā)生干擾時(shí)，信號完整性就會(huì )受到不良影響。
通過(guò)阻抗匹配防止 RF 反射
防止 RF 反射并非易事。決定傳輸線(xiàn)特性阻抗連續性的因素有很多?；宓慕殡姵?、走線(xiàn)寬度和厚度都會(huì )影響傳輸線(xiàn)的特性阻抗。關(guān)鍵在于獲得理想的參數值。
在設計中還可以采用其他阻抗匹配方法。對于輸出阻抗較低的信號源，串聯(lián)終端匹配將很有幫助，即在信號源和傳輸線(xiàn)之間放置一個(gè)終端電阻。同時(shí)，利用并聯(lián)終端匹配將阻抗非常低的信號源與阻抗較高的負載端相匹配。
匹配特性阻抗有助于避免 RF 反射
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