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标题: [请教版主]传输线入口处的电压Vi及反射系数在SI和RF两套理论里的公式差异？ [打印本页]
作者: fishplj2000    时间: 2013-8-16 10:50
标题: [请教版主]传输线入口处的电压Vi及反射系数在SI和RF两套理论里的公式差异？
本帖最后由 fishplj2000 于 2013-8-16 10:55 编辑 ' F7 n6 B1 m0 G1 P4 n; k- Y

3 M9 [. J4 a& R1 y传输模型结构：
% z5 t& O1 Z- n              源(Zg) ----》   传输线(Zo)   -----》负载(ZL)
! o# }$ z6 L% i& B" ?! ^* z                 Vs                      Vi                          Vo
; t! b; p4 x1 [- D. a# A9 v+ o3 @关于传输线入口处的反射及电压Vi的计算，在信号完整性和微波理论里，计算公式有些差异。' n. l" T7 s( q; ]/ e

8 s; J2 `  t, r% B从信号源出发的信号每次进入传输线时，输入电压计算：: x/ m4 k+ \, U
信号完整性里面：' U$ K5 x* i# a* g' Z4 l
       公式1：        Vi= Vs* Zo/(Zo+Zg)        无视传输线后端的情况$ }( B/ M' K+ k& u" b0 K
微波理论：
1 @1 K/ f& I4 T5 q: }8 ^        公式2：       Vi=Vs* Zin/(Zin+Zg)   其中，Zin为传输线(Zo，长度)和负载(ZL)的合成输入阻抗" [+ v7 b$ j* M# G+ |

& g$ v+ o" H- E: Q4 s$ v/ H在ADS里面仿真，传输线input端阻抗确实是传输线(Zo)与负载(ZL)的合成阻抗Zin，按照道理来说，Vi应该是按照公式2计算；
8 l! _0 G7 V- C9 g2 T% b3 T8 w可实际情况是，Vi是按照公式1来计算的！
; Q: {9 R* a. c4 B8 o+ d. ]  仿真结构：         Zg=50 ，  Zo=50(1/4波长传输线)    ,    ZL=30      - ~6 O0 M0 f6 w$ N( D
  激励信号：         Vi=1V阶跃信号
; Y1 h/ F" E: c& `$ F  测试结果：          Zin= Zo^2/30 =83.3     Reflective Ratio = 0.25 = (Zin-Zg)/(Zin+Zg)7 d; i1 c: z! }* k& H4 A6 L% a* [
                          可是瞬时电压  Vi=0.5V ， 符合 Vs* Zo/(Zo+Zg)  ，并不是 Vs* Zin/(Zin+Zg)
, ?$ {% w& g# N; N为什么？如何理解？ 或者说，这两个公式的应用差异在哪？5 _1 {/ X3 s$ U9 \3 |
$ p  E. Q& j, j8 _( U+ E9 t

9 E$ D! f& J0 q4 F  ]6 z: D; z/ P) N) v; ~0 i. e

# i9 i. v- `3 y, |
* F0 ^6 S+ E4 w/ E

传输线负载和源端反射_计算图示_信号完整性.gif (92.71 KB, 下载次数: 5)

传输线负载和源端反射_计算图示_信号完整性.gif
作者: fishplj2000    时间: 2013-8-16 17:20
请见不同输入信号下，Vi的输出，用ADS仿真; w- M, J, x( m& o* a1 f1 w' L$ q2 I. q
作者: Xuxingfu    时间: 2013-8-17 11:42
本帖最后由 Xuxingfu 于 2013-8-18 22:07 编辑
0 Q5 S! F7 S/ D6 ^
2 n$ c' s9 r- V楼主的问题问的很经典，很好，但是指定版主回答, 鸭梨山大, 哈哈...4 g! o9 y  r* `; s
: Q8 H) G3 Q" S4 r
首先射频和数字电路信号完整性的理论从来都是一套，SI/PI其实都是建立在射频微波电磁场理论基础之上的。4 M4 H; F4 w# ~/ s* X
; P+ h, R) Y/ }/ ?+ y# b( q
一个理论比较好的SI工程师，有射频微波基础比较好。/ i! B1 D! _1 O/ e2 S0 N, V* @
, D) A0 U. ^( x  i  m) t) _2 v6 x* c8 ?
射频理论里面的传输线理论其实也考虑和适用的数字电路情况，只是关注点不一样。
9 e/ S) V+ @, {' h* x1 [" h4 E% F
# f. P& I4 d9 A+ v9 E. w2 f& k（1）射频传输线结构复杂，有各种形式耦合线，滤波器，功分器，微带巴伦等，而数字电路是信号复杂，结构就单端和差分；) B/ W0 f8 v: C* {0 v
8 Z( \2 W) Q9 ~6 g
（2）射频关注稳态，数字关注瞬态。" a/ x# n: Z5 \/ ^$ p

$ f+ k6 N7 n6 _. E（3）射频关注功率，数字关注电压。: T8 t% r! \2 v6 h/ F2 ?' b
6 L8 E5 M1 U9 n8 D6 z8 x' b2 n$ {
（4）射频用LC匹配，数字用电阻匹配。% R/ D! a8 k4 d$ z9 S$ P

3 v$ Z5 i% N- h, r# m& b- j1 M4 j& r0 v, n9 b
1. 公式1为瞬态的，也就是TDR的原理。电压一次的波形。- c! S4 x- d; L3 F. s
2.公式2是稳态的，电压第一次，第二次，第N次的波形叠加。
& [: s; G, ]( ~( w  g" r也可以这样说，公式2其实是包含公式1的状态.9 F1 B3 m2 T  I5 w. B6 r4 R" a, D0 Q
2 d9 s; N, ~7 z" E7 W0 `
关于公式的适用性，我们一般的公式都是讨论正弦波状态，如下结果验证也适合阶跃和方波情况。
  f/ {( ^- G$ r, H9 {+ ]
3 b  S, R7 D; n, Y( b1. 正弦波，公式1，2计算都是OK的，Vi的波形起初是0.5V, 2.5ns后受到后面电路影响变为0.625V,也就是2.5ns以后出现了反射波叠加。
# B' w- Z: F; G1 n) G) G6 _9 |3 k& k* _) o) f3 x
2.阶跃信号不匹配会出现过冲，幅度也会下降或上升，这要看反射系数的正负情况。
1 Y+ _* q; Z% C" K9 v* t: w
+ \6 V9 N; C; b3 m! ?1 @, q  G8 z0.357V=0.5-0.125
  M, L; L) r3 x1 B
) W- ~/ e% H* W+ H- Y, k0 x稳定前过冲的波形和幅度值都会后很多种情况，如果E足够长，过冲会到0.5V, 求解比较复杂，需要傅里叶分解信号后叠加。
4 L, K5 d5 H0 P" A5 ?2 \! g4 ~7 J, \. p$ j+ ]" {
* z% k+ {2 B& V" R2 [+ w

3 l1 r1 q! }  q$ ~5 D3.方波信号，你的问题就是这个疑问，为什么m1m2相等？+ `- D  s1 @+ A3 r" E" \, w1 J

8 b" _. r. z# l1 O其实波形下边幅度已经畸变，正常的是0，反射后，方波起点-0.125，0.5+0.125=0.625，# }) m  N# B- o) U
6 K4 r8 [, G% g+ |0 K4 C
方波的起点为正或者负，这个跟RL和Z0大小有关。Γin=(ZL-Z0)/(ZL+Z0)，也是就是反射系数有可能为正，也有可能为负。
( l9 r9 m: \6 T! l) S  H: {: v7 T' [: N7 c! T6 a+ g( x+ P
  a' o; @" [1 H7 {4 p

1 O7 z  M/ d; j0 s8 N7 k如果你设置为2G或你把E=90, 改为140不匹配的时候，会非常明显，波形如下：
: Z+ K* h1 i: h* a/ ]+ Z. b6 r5 i1 {$ H: k

0 k0 `4 T8 O9 F" ~3 U4 k4 O( i
作者: fishplj2000    时间: 2013-8-20 09:39
Xuxingfu 发表于 2013-8-17 11:42# i4 {2 Q. Q* |) v
楼主的问题问的很经典，很好，但是指定版主回答, 鸭梨山大, 哈哈...
3 Y) V6 t5 X1 G& b/ D2 h
% Q. Z% g: ^( o% v$ Z3 G4 w# o首先射频和数字电路信号完整性的理 ...
2 V/ V+ X5 K* e- I% Q1 w
非常感谢版主热情、细致的回复与专业的解答2 {4 ~( ]6 c9 G, M' H- V* n- Q
版主真是太好了，{:soso_e179:} 超赞一个{:soso_e113:}
作者: fishplj2000    时间: 2013-8-23 08:54
Xuxingfu 发表于 2013-8-17 11:42
2 I7 W- U' w& U楼主的问题问的很经典，很好，但是指定版主回答, 鸭梨山大, 哈哈...
) I0 l) @& W( _1 `, G1 i3 G2 m3 \, ?" X3 x2 l+ i% L6 ^+ v
首先射频和数字电路信号完整性的理 ...

; k" V. G/ V$ @3 I再请教斑斑一个疑问：- d( k; M' @- F! G
       在射频书里面，Vin是入射波Vin+和反射波Vin-的迭加合成信号，Zin是Vin+和Vin-共同看到的阻抗，Vin-是来自于负载，所以Vin除了看到Zo外，还看到了ZL，即所谓的合成阻抗Zin。
" L0 F1 V# x+ H' p  P        射频关心高频模拟信号，而SI关心高速数字信号( }3 U5 c1 }3 E2 R+ w' H
        数字信号关注上升沿和下降沿，电路只要不产生逻辑误判就行，可能第1~n个bit上升沿都没有碰到反射回的脉冲信号，但总有第n+1个bit上升沿会遇到并迭加反射脉冲，那么第n+1个bit后的脉冲数据的发射端就感受到负载的影响了，相当于同时看到了Zo和ZL
作者: Xuxingfu    时间: 2013-9-2 23:15
本帖最后由 Xuxingfu 于 2013-9-2 23:17 编辑
# y* M) Q$ v* U/ W
' X( v9 X# y; N8 X7 e! t对于1G方波信号，分解频率为多次谐波，如果电路是匹配的，那么1  3  5..谐波也是匹配的，Zin是相同的额。
" Y% T8 C& R7 [+ ]/ |, ?, S- {* a- T" W
如果不匹配，各个谐波频率点的Zin是不同的，组成上升沿的各个谐波感受到的阻抗是不同的。



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