2. 信号完整性基础：传输线效应、反射、损耗

做高速数字设计的人，迟早会被信号完整性（SI）问题绊一跤。我刚开始调Equalization时以为只要把抽头系数算对就行，结果第一次上板测眼图，眼睛闭得跟一条缝似的。后来才明白：不懂传输线效应、反射和损耗，调均衡就是瞎调。

这一节我们把这几个基础概念拆开讲。别嫌它理论，后面所有眼图测试、均衡调试都靠它们兜底。

传输线效应

普通导线在低频时就是个电阻，信号跑了多远几乎一样。但到了高速——比如10Gbps以上——导线就变成了传输线。传输线有分布式的电阻、电容、电感，还有个关键参数：特性阻抗Z₀。

特性阻抗是什么？你可以理解为信号在线上行走时遇到的“瞬时阻力”。常见的PCB微带线，Z₀通常是50Ω或100Ω差分。不是设计者随便画的，是用叠层和线宽算出来的。

为什么一定要知道Z₀？因为你输出端的内阻、接收端的端接电阻如果跟Z₀不相等，信号就会反射。

反射

反射的原理很简单——信号遇到阻抗突变，一部分能量弹回去，一部分继续往前走。弹回去的信号跟原信号叠加，造成波形畸变，严重时眼图完全闭合。

反射系数Γ的计算公式：
Γ = (Z_load - Z₀) / (Z_load + Z₀)

举个我自己踩过的坑：有次调试12.5Gbps的SerDes，眼图上方出现一个“小鼓包”，怎么调均衡都不消。后来用TDR一看，原来是连接器处阻抗只有42Ω，反射系数约-0.087，能量反弹回来正好在眼图中央形成振铃。换了个阻抗更稳的连接器，鼓包立刻消失。

反射的后果不只是眼图变差，还会造成过冲、下冲、振铃，甚至触发接收端的误码。匹配好阻抗是第一步。

# 一个简单计算反射系数的Python函数（我习惯用这个快速排查）
def reflection_coefficient(Z_load, Z_0=50):
    return (Z_load - Z_0) / (Z_load + Z_0)

# 实际例子：远端开路 Z_load=∞ → Γ=1 全反射
# 远端短路 Z_load=0  → Γ=-1 反相反射
# 匹配时 Z_load=50  → Γ=0 无反射

损耗

信号在传输线里走一段距离后幅度会衰减，这就是损耗。损耗分为两种：导体损耗和介质损耗。

• 导体损耗：主要来自铜箔的趋肤效应。高频电流挤在导体表面，等效电阻增加，损耗随频率平方根上升。
• 介质损耗：来自PCB板材极化损耗，用损耗正切tanδ表示。损耗随频率线性上升。
  高频信号（比如28Gbps以上）介质损耗占大头。

我在一个56Gbps PAM4的项目中发现，FR4板材在28GHz时损耗高达3dB/inch，信号出去一圈就只剩一半。后来换用M6级低损耗板材，损耗降到0.8dB/inch，眼图才打开。

损耗的直观后果：眼高变矮、眼宽变窄、抖动增大。因为你高频分量衰减比低频快，信号的上升沿变缓，码间干扰就来了。

了解传输线效应、反射和损耗之后，再去做眼图测试和Equalization调优，你会知道眼图哪里不好是因为阻抗不匹配，哪里是因为损耗太大，而不是盲目去拧均衡抽头。这是基本功，没它真的走不远。