【導(dǎo)讀】在設(shè)計(jì)低速信號(hào)時(shí)，工程師最關(guān)心的是信號(hào)如何從源頭到達(dá)目的地。當(dāng)信號(hào)達(dá)到數(shù)百 MHz 或 Ghz 級(jí)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(dān)心信號(hào)是否會(huì)反射到走線上。
本文要點(diǎn)：
? 理解什么是 RF 反射。
? RF 反射對(duì)信號(hào)完整性的影響。
? 抑制 RF 反射的方式。
什么是 RF 反射？
在設(shè)計(jì)低速信號(hào)時(shí)，工程師最關(guān)心的是信號(hào)如何從源頭到達(dá)目的地。當(dāng)信號(hào)達(dá)到數(shù)百 MHz 或 Ghz 級(jí)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(dān)心信號(hào)是否會(huì)反射到走線上。
RF 反射類似于聲波反彈并產(chǎn)生回聲。水波的撞擊和反彈也與之類似。發(fā)生反射的原因是，波在傳播過程中遇到了介質(zhì)不連續(xù)的情況，RF 反射波的原理也是如此。
在設(shè)計(jì)傳輸線時(shí)必須考慮到 RF 反射。傳輸線設(shè)計(jì)的基本原則之一是確保驅(qū)動(dòng)端、走線和負(fù)載端的特性阻抗相匹配。特性阻抗并非由電阻或走線長(zhǎng)度定義，而是由電介質(zhì)、走線寬度以及走線與平面之間的間距決定。
RF 反射與聲波反射的原理類似，在特性阻抗不連續(xù)的情況下出現(xiàn)。
為了確保驅(qū)動(dòng)端將 RF 信號(hào)完全傳輸?shù)截?fù)載端，傳輸線上的特性阻抗必須相等且匹配。只要阻抗出現(xiàn)任何不連續(xù)的情況，就會(huì)導(dǎo)致 RF 波反彈回驅(qū)動(dòng)端。這就是所謂的 RF 反射現(xiàn)象。
RF 反射對(duì)信號(hào)完整性有何影響？
只要特性阻抗出現(xiàn)不匹配，信號(hào)就會(huì)發(fā)生反射。不過，在低速信號(hào)下，這幾乎不會(huì)導(dǎo)致實(shí)質(zhì)性的問題。當(dāng)走線或?qū)w的長(zhǎng)度等于或大于信號(hào)波長(zhǎng)的 1/4 時(shí)，RF 反射就會(huì)造成不良后果。
RF 反射會(huì)導(dǎo)致信號(hào)衰減和干擾
換言之，在 GHz 頻率下需要關(guān)注 RF 反射問題。當(dāng)信號(hào)因阻抗不連續(xù)而發(fā)生反射時(shí)，會(huì)出現(xiàn)兩種情況：
信號(hào)衰減
信號(hào)出現(xiàn)衰減，因?yàn)椴⒎撬械哪芰慷紓鬏數(shù)搅素?fù)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(hào)。
信號(hào)干擾
反射導(dǎo)致信號(hào)反彈，并與來自信號(hào)源的入射波發(fā)生干涉。這種碰撞會(huì)造成干擾，導(dǎo)致波形在某些點(diǎn)出現(xiàn)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(dǎo)致元件損壞。在不太嚴(yán)重的情況下，當(dāng)反射波與正在傳輸?shù)男盘?hào)發(fā)生干擾時(shí)，信號(hào)完整性就會(huì)受到不良影響。
通過阻抗匹配防止 RF 反射
防止 RF 反射并非易事。決定傳輸線特性阻抗連續(xù)性的因素有很多。基板的介電常數(shù)、走線寬度和厚度都會(huì)影響傳輸線的特性阻抗。關(guān)鍵在于獲得理想的參數(shù)值。
在設(shè)計(jì)中還可以采用其他阻抗匹配方法。對(duì)于輸出阻抗較低的信號(hào)源，串聯(lián)終端匹配將很有幫助，即在信號(hào)源和傳輸線之間放置一個(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(hào)源與阻抗較高的負(fù)載端相匹配。
匹配特性阻抗有助于避免 RF 反射
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