信号完整性的核心问题主要包括：反射，延迟，串扰，SSN, EMI等。

本节主要分析反射产生原理，以及处理案例。

信号完整性是指信号能够在高速电路中正确传播和正确响应的能力。

信号完整性是指在电路、导线、传输线等信号传输过程中，信号的波形、振幅和时间特性能够被保持和维护，以确保信号正确地到达目标设备或系统。

反射是信号完整性问题中的一个重要方面，指的是信号在传输线上遇到阻抗不匹配或信号线长度不匹配等的情况下，部分能量被反射回源端，从而影响信号的完整性。在反射产生的情况下，反射波会回到信号源处，与原始信号叠加，导致信号的振幅和波形发生变化。这可能导致信号的峰值振幅降低、波形失真，甚至可能干扰到其他信号或系统的正常工作。

当信号传输过程中遇到阻抗不匹配的情况时，信号就会在突然变化的阻抗处产生反射。这种情况类似于光线在两种不同折射率的介质之间传播时发生的反射

具体来说，反射产生的原因主要有以下几点：

阻抗不匹配：当信号线遇到阻抗不匹配的元件时，如电容、电感或不同材质的信号线，过孔等会产生反射信号。

信号线长度不匹配：当信号线长度不匹配时，信号会在信号线上产生反射，从而影响信号的完整性。

信号线过长：当信号线过长时，信号线上的电感会增加，从而产生反射信号。

反射的表征参数：反射系数

反射的产生可以通过反射系数来描述，反射系数（Reflection Coefficient）是一个复数，用来表示反射信号的振幅和相位与入射信号之间的关系。它通常在传输线和阻抗之间的匹配度不好的情况下出现。反射系数可以计算为：

反射系数=

其中，ZL是传输线末端的负载阻抗，Z0是传输线的特征阻抗。

要说明白反射，需要涉及之前提到过阻抗及匹配的概念，形象来说，如下图，如同拼图游戏一般，红色方块太大就放不进空格，或者太小放进去就松垮垮不稳固中，均会产生信号完整性问题；只有红色方块严丝合缝，阻抗匹配上了，才能正好放进去，没有反射。

前文说到了特性阻抗，我们熟知实际电路中最大功率传输定理是关于负载与电源相匹配时，负载能获得最大的功率。迁移到高速电路中，其表现是：激励电路特性与传输线特性极大地影响了从一个装置传送到另一个装置信号的完整性。

具体来说，在高速电路中要想把信号能量从源端全部有效的传送到负载端，必须使传输线特征阻抗与信号的源端阻抗和负载阻抗匹配，否则信号会发生反射，导致信号波形的畸变等一系列问题。

对阻抗及反射的关系通过类比分析是非常好理解的。大概来说，将电流类比于水流，而将水位的高度看作为电压，这跟我们初高中接触的物理知识是一致的。水流的速度看作是信号的频率，假设，河道中水的宽度为阻抗，那么河道宽阻抗必然越小，这应该很好理解，我们的走线也是一样，走线越宽，阻抗越小。

所以，对于河道，如果水流突然流进了窄道，水道变窄，那么阻抗会增大。这个时候，如果水流速度很快，也就是信号频率很高，那么试想是不是会溅起水花，如下图，这就是反射。而如果，河道由宽到窄，那么小沟中水位想想肯定是会抬高的（去过苏杭的运河游船的应该是很清楚这一点），说明这就产生了正反射，电压变高了。

反之，如果由河道进入了大江，江明显更宽，那么此时阻抗会变小，同时水位也会变低，此时就会产生负阻抗啦，叠加后电压就低了。

通过上面的类比，我们再看下面的就很easy了。

反射就是在传输线上的回波。信号功率(电压和电流)的一部分传输到线上并达到负载处，但是有一部分被反射了，如下图所示。源端与负载端阻抗不匹配会引起线上反射，负载将一部分电压反射回源端。如果负载阻抗小于源阻抗，反射电压为负，反之，如果负载阻抗大于源阻抗，反射电压为正。布线的几何形状、不正确的线端接、经过连接器的传输及电源平面的不连续等因素的变化均会导致此类反射。

好吧，形成的原因，大概就到此，感兴趣推导的公式的伙伴们可以推到一个3-5次反射的情况，理解就更深入了。

总结：

1.产生反射的原因：

阻抗不匹配：当信号源和传输线末端之间的阻抗不匹配时，部分信号能量会反射回信号源。这种情况下，信号的一部分会回到源端，导致信号的波形畸变和振幅减弱。

信号传播速度不匹配：在不同材料或介质之间传输信号时，信号的传播速度可能会发生变化。如果信号从一个传播速度较快的介质传输到一个速度较慢的介质，或者反之，信号会发生反射。

2.消除反射可能常用的方法：

匹配阻抗：在信号源和传输线之间，以及传输线和末端负载之间，使用匹配的阻抗可以减少反射。确保所有阻抗都适当匹配可以最大程度地减少反射问题。

使用终端电阻：在传输线末端放置一个与传输线特征阻抗匹配的电阻，称为终端电阻。终端电阻可以吸收反射信号，防止其回到信号源。

传输线设计优化：优化传输线的设计、终端连接和布局，确保传输线的特性阻抗和信号源/负载的阻抗匹配。

信号终止：在信号源和传输线之间放置合适的终止器，可以减少信号的反射和干扰。

使用信号线屏蔽层：使用信号线的屏蔽层，以减少反射信号的干扰。

使用阻抗适配器：阻抗适配器可以帮助连接不同阻抗的设备，减少反射问题。