解读 RF 反射

本文要点：

• 理解什么是 RF 反射。
• RF 反射对信号完整性的影响。
• 抑制 RF 反射的方式。

什么是 RF 反射？

在设计低速信号时，工程师最关心的是信号如何从源头到达目的地。当信号达到数百 MHz 或 Ghz 级别时，他们的关注点就会发生变化。在如此高的频率下，工程师需要担心信号是否会反射到走线上。

RF 反射类似于声波反弹并产生回声。水波的撞击和反弹也与之类似。发生反射的原因是，波在传播过程中遇到了介质不连续的情况，RF 反射波的原理也是如此。

在设计传输线时必须考虑到 RF 反射。传输线设计的基本原则之一是确保驱动端、走线和负载端的特性阻抗相匹配。特性阻抗并非由电阻或走线长度定义，而是由电介质、走线宽度以及走线与平面之间的间距决定。

RF 反射与声波反射的原理类似，在特性阻抗不连续的情况下出现。

为了确保驱动端将 RF 信号完全传输到负载端，传输线上的特性阻抗必须相等且匹配。只要阻抗出现任何不连续的情况，就会导致 RF 波反弹回驱动端。这就是所谓的 RF 反射现象。

RF 反射对信号完整性有何影响？

只要特性阻抗出现不匹配，信号就会发生反射。不过，在低速信号下，这几乎不会导致实质性的问题。当走线或导体的长度等于或大于信号波长的 1/4 时，RF 反射就会造成不良后果。

RF 反射会导致信号衰减和干扰

换言之，在 GHz 频率下需要关注 RF 反射问题。当信号因阻抗不连续而发生反射时，会出现两种情况：

信号衰减

信号出现衰减，因为并非所有的能量都传输到了负载端。这会影响传输质量，接收器可能需要借助放大器才能接收到信号。

信号干扰

反射导致信号反弹，并与来自信号源的入射波发生干涉。这种碰撞会造成干扰，导致波形在某些点出现峰值，即所谓的“入射波”点。

某些峰值的振幅可能会超出某些元件的承受极限，从而导致元件损坏。在不太严重的情况下，当反射波与正在传输的信号发生干扰时，信号完整性就会受到不良影响。

通过阻抗匹配防止 RF 反射

防止 RF 反射并非易事。决定传输线特性阻抗连续性的因素有很多。基板的介电常数、走线宽度和厚度都会影响传输线的特性阻抗。关键在于获得理想的参数值。

在设计中还可以采用其他阻抗匹配方法。对于输出阻抗较低的信号源，串联终端匹配将很有帮助，即在信号源和传输线之间放置一个终端电阻。同时，利用并联终端匹配将阻抗非常低的信号源与阻抗较高的负载端相匹配。

匹配特性阻抗有助于避免 RF 反射