01信号是怎么响的？

信号的反射可能会导致振铃现象。典型的信号振铃如下图所示。

那么信号振铃是如何产生的呢？

如前所述，如果信号传输过程中阻抗发生变化，就会发生信号反射。该信号可以是来自驱动端的信号或来自远端的反射信号。根据反射系数的公式，当信号感觉阻抗变小时，就会发生负反射，反射的负电压会使信号下冲。

信号在驱动器和远程负载之间反射多次，结果是信号振铃。大多数芯片的输出阻抗非常低。如果输出阻抗小于PCB走线的特性阻抗，在没有源端接的情况下，信号振铃将不可避免地发生。

响铃的过程可以用回弹图直观的解释。假设驱动端的输出阻抗为10欧姆，PCB走线的特性阻抗为50欧姆(可以通过改变PCB走线的宽度以及PCB走线与内部参考层之间的电介质厚度来调整)。为了分析方便，假设远端开路，即远端阻抗无穷大。驱动端传输3.3V电压信号。让让我们跟着信号在这条传输线上运行一次，看看发生了什么。为了分析方便，忽略传输线寄生电容和电感的影响，只考虑阻性负载。(下图为反射图)

第一次反射：信号从芯片内部发出，除以10欧姆的输出阻抗和50欧姆PCB的特性阻抗，实际施加到PCB布线上的信号在a点为3.3*50/(10 50)=2.75V .传输到远端B点，由于B点开路，阻抗无穷大，反射系数为1，即所有信号都被反射，反射信号也是2.75V V点测得电压为2.75.

第二次反射：2.75V的反射电压回到A点，阻抗从50欧姆变为10欧姆，产生负反射。A点反射电压为-1.83V，到达B点，反射电压为-1.83v，B点测量电压为5.5-1.83-1.83=1.84V.

第三次反射：B点反射的-1.83V电压到达A点，再次出现负反射，反射电压为1.22V当电压到达B点时，再次反射，反射电压为1.22V V.在b点测得的电压为1.841.221.22=4.28伏.

第四个反思：

第五个反思：

这样反射的电压在A点和B点之间来回跳动，导致B点电压不稳定。观察B点的电压：5.5V-1.84V-4.28V-……可以看到B点的电压会上下波动，这就是信号振铃。

信号振铃的根本原因是负反射，罪魁祸首还是阻抗变化和阻抗！在研究信号完整性时，我们必须时刻注意阻抗问题。

负载信号的振铃会严重干扰信号的接收，导致逻辑错误，必须减少或消除。因此，长传输线必须进行阻抗匹配端接。

02信号反射

当信号沿着传输线向前传播时，会一直感受到瞬态阻抗。这个阻抗可能是传输线本身，也可能是中间或末端的其他元件。对于一个信号来说，它不会分辨不出是什么，但信号感受到的只是阻抗。如果信号的感知阻抗是恒定的，它通常会向前传播。只要感知阻抗发生变化，信号就会被任何引起它的东西反射(可能是电阻、电容、电感、过孔、PCB角、连接器)。

那么有多少反射回传输线的起点呢？

衡量信号反射的一个重要指标是反射系数，它表示反射电压与原始传输信号电压的比值。反射系数定义为：

其中：Z1为改变前的阻抗，Z2为改变后的阻抗。假设PCB线的特性阻抗为50欧姆，传输过程中遇到100欧姆的贴片电阻，暂不考虑寄生电容和电感的影响，将该电阻视为理想纯电阻，则ref

纯阻性负载的反射是研究反射现象的基础。阻性负载的变化无非是以下四种情况：阻抗增加有限值、减少有限值、开路(阻抗变无穷大)、短路(阻抗突然变为零)。

2.1阻抗增加一个有限值：

上面的反射电压的例子已经计算过了。此时信号反射点会有两个电压分量，一个是来自信号源的3.3V电压，另一个是1.1V的反射电压，所以反射点的电压是两者之和，即4.4V

2.2阻抗降低有限值：

根据上面的例子，PCB线路的特征阻抗是50欧姆。如果遇到的电阻为30欧姆，反射系数为=(30-50)/(30-50)=-0.25，反射系数为负，说明反射电压为负，值为3.3V *(0.25v)=-0.825v，此时反射点电压为

2.3开路：

开路相当于无限大阻抗，反射系数根据公式计算为1。反射电压为3.3V.反射点的电压为6.6V，可以看出，在这种极端情况下，反射点的电压翻倍。

2.4短路：

当短路阻抗为0时，电压必须为0。根据公式，反射系数为-1，表示反射电压为-3.3V，因此反射点电压为0。

计算很简单。要知道，由于反射现象，信号传播路径中阻抗发生变化的点的电压不再是原来的传输电压。该反射电压将改变信号的波形，这可能导致信号完整性问题。这种感性认识对于研究信号完整性和设计电路板非常重要，必须在头脑中建立这种观念。

原标题：【知识分享】什么是信号振铃？它是如何产生的？

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审计唐子红

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