解讀 RF 反射

本文要點

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，工程師最關心的是信號如何從源頭到達目的地。當信號達到數(shù)百 MHz 或 Ghz 級別時，他們的關注點就會發(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。

在設計傳輸線時必須考慮到 RF 反射。傳輸線設計的基本原則之一是確保驅(qū)動端、走線和負載端的特性阻抗相匹配。特性阻抗并非由電阻或走線長度定義，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)動端將 RF 信號完全傳輸?shù)截撦d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，就會導致 RF 波反彈回驅(qū)動端。這就是所謂的 RF 反射現(xiàn)象。

RF 反射對信號完整性有何影響？

只要特性阻抗出現(xiàn)不匹配，信號就會發(fā)生反射。不過，在低速信號下，這幾乎不會導致實質(zhì)性的問題。當走線或?qū)w的長度等于或大于信號波長的 1/4 時，RF 反射就會造成不良后果。

RF 反射會導致信號衰減和干擾

換言之，在 GHz 頻率下需要關注 RF 反射問題。當信號因阻抗不連續(xù)而發(fā)生反射時，會出現(xiàn)兩種情況：

1

信號衰減

信號出現(xiàn)衰減，因為并非所有的能量都傳輸?shù)搅素撦d端。這會影響傳輸質(zhì)量，接收器可能需要借助放大器才能接收到信號。

2

信號干擾

反射導致信號反彈，并與來自信號源的入射波發(fā)生干涉。這種碰撞會造成干擾，導致波形在某些點出現(xiàn)峰值，即所謂的“入射波”點。

某些峰值的振幅可能會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?shù)男盘柊l(fā)生干擾時，信號完整性就會受到不良影響。

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影響傳輸線的特性阻抗。關鍵在于獲得理想的參數(shù)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之間放置一個終端電阻。同時，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