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。當信號達到數百 MHz 或 Ghz 級別時，他們的關注點就會發生變化。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生回聲。水波的撞擊和反彈也與之類似。發生反射的原因是，波在傳播過程中遇到了介質不連續的情況，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、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，在特性阻抗不連續的情況下出現。

為了確保驅動端將 RF 信號完全傳輸到負載端，傳輸線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，就會導致 RF 波反彈回驅動端。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，信號就會發生反射。不過，在低速信號下，這幾乎不會導致實質性的問題。當走線或導體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而發生反射時，會出現兩種情況：

1

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。這會影響傳輸質量，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生干涉。這種碰撞會造成干擾，導致波形在某些點出現峰值，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的信號發生干擾時，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性的因素有很多。基板的介電常數、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