千字干貨，信號反射與反彈圖

原文來自公眾號：工程師看海

我們總說阻抗不連續(xù)會導(dǎo)致信號反射，今天介紹下信號反射的過程與反彈圖。

如下圖所示，對于傳輸線而言，當(dāng)信號從左向右傳播時(shí)，如果走線突然加粗，那么對應(yīng)的單位長度電感和電位長度電容就會發(fā)生變化，使得阻抗突變，Z1≠Z2，阻抗突變會引起信號反射。

這個(gè)信號反射的現(xiàn)象可以類比于液體在管道中傳播時(shí)的具有的水錘效應(yīng)，在水管內(nèi)部，管內(nèi)壁光滑，整個(gè)水管連續(xù)平滑，水就流動(dòng)自如。當(dāng)水管閥門突然關(guān)閉，水流對閥門會突然產(chǎn)生一個(gè)壓力。由于管壁光滑，后續(xù)水流在慣性的作用下，迅速達(dá)到最大，并產(chǎn)生破壞作用。

當(dāng)然也可以類比聲波的反射，聲波的反射在日常生活中更常見一些。聲波在均勻的空氣中傳播時(shí)不會反射，如果傳播過程中遇到墻等較高的聲阻抗介質(zhì)時(shí)就會發(fā)生反射，產(chǎn)生回音。

反射系數(shù)

而電信號在傳播時(shí)，如果阻抗突然變大，也會反射，反射系數(shù)R的計(jì)算公式如下：

根據(jù)公式，R的變化范圍從-1到1，正數(shù)表示正反射，復(fù)數(shù)表示負(fù)反射，0表示阻抗連續(xù)無反射。下圖中信號源阻抗50Ω，傳輸線阻抗50Ω，負(fù)載開路時(shí)相當(dāng)于阻抗無窮大，反射系數(shù)R≈1，為全反射，我們分析下反射過程。

下圖虛線是信號源輸出端結(jié)果，實(shí)線是接收端的波形。假設(shè)信號傳輸延遲為2 ns，第0秒時(shí)，信號源產(chǎn)生一個(gè)1V信號向負(fù)載傳輸，經(jīng)過兩秒后到的接收端，接收端開路阻抗為無窮大，計(jì)算的反射系數(shù)R≈1，那么反射回來的信號電壓也是1V，反射的1V和入射的1V疊加后，幅值變?yōu)?V，那么在第2ns，接收端測量時(shí)就會看到一個(gè)2V的信號，如下圖實(shí)線所示。反射的信號經(jīng)過2ns后傳播回發(fā)射端，與發(fā)射端的1V疊加后，發(fā)射端的信號也變?yōu)?V，見下圖實(shí)線曲線在第4ns的波形。發(fā)射端是50Ω的阻抗，信號反射停止。

上面的例子很有意思，即信號是以半幅度在傳輸線中傳播，經(jīng)過反射后幅值變?yōu)槎叮瓷涞皆炊说男盘柌粫^續(xù)反射，這就是通常所說的源端端接有效。

如果源端與傳輸線之間阻抗不匹配，反射回源端的信號就會再次反射，向負(fù)載端傳播，到負(fù)載端后再次反射到源端，來來回回，導(dǎo)致振鈴，這就是接下來要將的反彈圖。

當(dāng)阻抗不匹配時(shí)，會在源端與走線之間串聯(lián)小電阻進(jìn)行匹配，就是這個(gè)原理，關(guān)于電阻端接匹配后面還會繼續(xù)介紹。

反彈圖

下面這個(gè)圖就是反彈圖，B端阻抗無窮大，從B點(diǎn)反射回A的信號會再次反射，A點(diǎn)的反射系數(shù)是(10-50)/(10+50) = -0.67，B點(diǎn)的反射系數(shù)是1是全反射。

我們還是假如在傳輸線的延遲是2ns，假如信號源剛加載到傳輸線時(shí)A點(diǎn)的電壓為1V。

2ns后到的B，入射電壓是1V，反射電壓是1*1=1V，入射電壓與反射電壓疊加后此時(shí)B點(diǎn)電壓為1+1=2V，反射的1V電壓反向往源端A傳播。

再經(jīng)過2ns后，1V反射電壓到達(dá)A點(diǎn)，在A又發(fā)生反射，A點(diǎn)的反射電壓是1*(-0.67)=-0.67V，向B傳播。

再過2ns后，-0.67V這個(gè)電壓從A點(diǎn)傳播到B點(diǎn)。到達(dá)B點(diǎn)后，發(fā)生全反射，反射的電壓也是-0.67V，B點(diǎn)原來的電壓是2V，入射電壓是-0.67V，反射電壓是-0.67V，三者疊加后：2-0.67-0.67=0.66V，

再過2ns后，-0.67V反射電壓到達(dá)A點(diǎn)，在A又發(fā)生反射，A點(diǎn)的反射電壓是(-0.67)*(-0.67)=0.45V，向B傳播。

再過2ns后，0.45V這個(gè)電壓從A點(diǎn)傳播到B點(diǎn)。到達(dá)B點(diǎn)后，發(fā)生全反射，反射的電壓也是0.45V，B點(diǎn)原來的電壓是0.66V，入射電壓是0.45V，反射電壓是0.45V，三者疊加后：0.66+0.45+0.45=1.56V，

再過2ns后，0.45V反射電壓到達(dá)A點(diǎn)，在A又發(fā)生反射，A點(diǎn)的反射電壓是(0.45)*(-0.67)=-0.3V，向B傳播。

再過2ns后，-0.3V這個(gè)電壓從A點(diǎn)傳播到B點(diǎn)。到達(dá)B點(diǎn)后，發(fā)生全反射，反射的電壓也是-0.3V，B點(diǎn)原來的電壓是1.56V，入射電壓是-0.3V，反射電壓是-0.3V，三者疊加后：1.56-0.3-0.3=0.96V。

。。。。。。

我們根據(jù)上面的分析過程畫出B點(diǎn)的波形，見下左圖，可以看到信號的震蕩過程，那么如果在源端做到阻抗匹配的話，B端的電壓升到2V就會穩(wěn)定下來停止震蕩，現(xiàn)在A端沒有做阻抗匹配，那么信號就會來回反射，產(chǎn)生振鈴。下面右圖是實(shí)測某信號的振鈴波形。

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