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[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?

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发表于 2013-8-16 10:50 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

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x
本帖最后由 fishplj2000 于 2013-8-16 10:55 编辑
% J9 U) f" ]8 _0 D9 w" h
: q+ K0 m8 @. j# ]8 }8 q& j传输模型结构:
0 ~& ^) }% w; i6 V8 `              源(Zg) ----》   传输线(Zo)   -----》负载(ZL)7 T7 X$ C+ H7 c+ B; G: D  _4 l
                 Vs                      Vi                          Vo1 ~( ^, z. W$ M; T' v
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。5 ?1 ?: w+ F2 s' K% I  m; z
0 e+ C2 b  q. g
从信号源出发的信号每次进入传输线时,输入电压计算:) _& @6 }2 f' q* r
信号完整性里面:
: p2 [( M# }  b; Z' Z       公式1:        Vi= Vs* Zo/(Zo+Zg)        无视传输线后端的情况
' Z1 {  H3 J, U9 n& _$ i9 U* }微波理论:
3 m5 H4 T  h( g- i$ X0 B& f        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
7 a6 n. z' J0 j: s; n# r# g
+ R( S* A9 S, [3 q( ]" 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;+ x% H3 a* W. R& R) m  c6 h$ T1 X
可实际情况是,Vi是按照公式1来计算的!
* o( u% U3 [" ?, c+ x8 i  仿真结构:         Zg=50 ,  Zo=50(1/4波长传输线)    ,    ZL=30      4 ]5 B3 P5 l( K, [. b
  激励信号:         Vi=1V阶跃信号
+ @9 U( x( e5 o3 ?1 i% C* \: K" V  测试结果:          Zin= Zo^2/30 =83.3     Reflective Ratio = 0.25 = (Zin-Zg)/(Zin+Zg)
% r# d, M% ~# Q& W                          可是瞬时电压  Vi=0.5V , 符合 Vs* Zo/(Zo+Zg)  ,并不是 Vs* Zin/(Zin+Zg)8 z9 o% V) c+ e# g( n# n  M
为什么?如何理解? 或者说,这两个公式的应用差异在哪?* I( d' C! P- C* s  ]4 S3 O5 ~
# ]3 |# N3 m: n; M
+ P/ t* r5 |: [& Z1 g& K( z# p+ K

1 O2 V) P# m  m' c$ C0 n $ |: x( U) ^% _$ M( r
$ @2 ]! t5 [: _3 ^
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 楼主| 发表于 2013-8-16 17:20 | 只看该作者
请见不同输入信号下,Vi的输出,用ADS仿真
; k& x- f3 X- C  t

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发表于 2013-8-17 11:42 | 只看该作者
本帖最后由 Xuxingfu 于 2013-8-18 22:07 编辑 ' S: F+ o+ f) r+ Y1 V7 R# H* [

. K# m# ]0 I. W9 M3 A, _7 C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...& h8 \6 ?# u3 z4 m

9 E7 S* q. E9 ?3 g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。
: h" _3 i" _; o! ?% ?  B
* Z7 O1 {* ?: ^0 Z# `一个理论比较好的SI工程师,有射频微波基础比较好。
3 o  D5 [! ~: }! U5 B1 w3 q
* @; r" H7 d2 ]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。# P  x, R$ b4 Y  U

( F( M* I/ q1 q% y# `9 \(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;
7 W$ C0 y8 f7 S5 u8 o9 ^3 y4 @  G
- v$ h6 E5 u* c# `4 d( F! b" a! S- b5 |+ h(2)射频关注稳态,数字关注瞬态。
: e4 A( z& A" g# T
- b" g- T, l0 Z0 b: r4 h(3)射频关注功率,数字关注电压。
; F0 I, e4 Q2 I# g9 t* \: h+ I. O( ?" z! {4 x
(4)射频用LC匹配,数字用电阻匹配。
9 Q- \! s7 E- T) T. a  B* i. o0 a2 l! _8 c
  ~0 O( ~% \' B, S2 k5 G8 q
1. 公式1为瞬态的,也就是TDR的原理。电压一次的波形。2 [+ u4 e0 T- x! w: H! p
2.公式2是稳态的,电压第一次,第二次,第N次的波形叠加。; l  J$ g, f6 O) c8 f
也可以这样说,公式2其实是包含公式1的状态.
6 w6 z$ L3 d! d5 p% D" ]5 `
/ l3 _+ R  z0 n- g( t+ i) P4 C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。& C7 ^" W2 d$ N# r: n8 y0 y2 x

* B( H/ {- N1 \, W7 d2 U" L1. 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。1 q) X0 R: E0 I' R% X# D
# M! ?+ w7 {6 |- a; H+ l, d* k
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。
* V9 o3 }; Q3 Z
/ g" M4 p5 s6 r. p' U3 v0.357V=0.5-0.125
2 p) l8 r- ^7 o* x7 W6 j% @+ G1 V" ?: |, _% h+ @: c
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。( L- t+ L5 V8 x4 ]: C" r2 e

5 l6 C# Z. C& b/ _8 l8 u. @6 p , ^$ W; G' |! D, h4 t& ^

0 e( E8 _5 H" b+ e3.方波信号,你的问题就是这个疑问,为什么m1m2相等?+ T( V3 W* y- Z+ F
& k" k1 D" P* w/ h" l9 I& T
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,
, J' O* C, X" h: J$ ?; o" N. x0 F, N7 Z3 x& |
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。1 u1 e' U- I5 y1 J

' q* L. a; P, ~5 E% i7 [1 w2 j
2 Y4 ^6 @6 u% |) A$ Y9 b, K+ p
0 V0 a- Z3 H4 Q! u1 T$ r. {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:: }- @8 n4 d1 z0 X+ r7 M
: y; Y$ R. D* t$ m$ ?

+ g- r, b( Z# `& z

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 楼主| 发表于 2013-8-20 09:39 | 只看该作者
Xuxingfu 发表于 2013-8-17 11:42
! y  j. k, s5 L/ Q/ Y0 r* w$ H2 i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...
; r, F  m; C0 G. S% ^5 `# Y1 b" I/ T# e- S
首先射频和数字电路信号完整性的理 ...
" o, X0 _2 g' V" B  {- O
非常感谢版主热情、细致的回复与专业的解答
# x  r' a6 D0 y4 i5 i1 i4 M版主真是太好了,{:soso_e179:} 超赞一个{:soso_e113:}

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 楼主| 发表于 2013-8-23 08:54 | 只看该作者
Xuxingfu 发表于 2013-8-17 11:42! @( ^5 c+ H4 u2 H" c+ ?
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...
9 Y. B9 L3 L( C7 Y+ _$ X8 Q5 Z/ B8 g) N
首先射频和数字电路信号完整性的理 ...

1 a& h/ i% F% V) H7 y再请教斑斑一个疑问:* L; Z' ?3 b) i/ b# |  ?
       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。  X* L8 _2 ?8 Y  @; ~. \5 r
        射频关心高频模拟信号,而SI关心高速数字信号
8 H7 K2 D/ b& U# @8 v        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

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发表于 2013-9-2 23:15 | 只看该作者
本帖最后由 Xuxingfu 于 2013-9-2 23:17 编辑
+ V3 o% u$ x& T' n% S/ r# O- y9 s) p/ W- X( _, `2 P/ C
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。
. I. B; @' U/ W; L% s1 f3 e) S6 \+ ]& @* v* I& j& W) h, I
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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