EDA365电子工程师网

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
1 G& |& e: n9 l6 @" |: q0 `- ~; z  y9 K& ~: a
传输模型结构：1 Z& i6 g3 R2 v6 o
              源(Zg) ----》   传输线(Zo)   -----》负载(ZL)
* @' G6 L0 ^  ^$ N0 r                 Vs                      Vi                          Vo
* v+ _: x3 @& H2 g; h1 \2 k+ o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。6 q; u5 D' U& c# i- M; V  l
% }1 Q7 F! C7 A( }' D/ r+ f
从信号源出发的信号每次进入传输线时，输入电压计算：3 P# F( `7 ^. M8 ~
信号完整性里面：2 Q" L4 U5 H- r2 C4 N: G$ Y) t
       公式1：        Vi= Vs* Zo/(Zo+Zg)        无视传输线后端的情况
" m3 S7 F4 r7 b* k- g微波理论：
& ~0 v! B2 g" O1 ~        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
+ Y6 b  g  r1 N7 }* h
! i; W- O/ W# w! o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；3 d7 w3 q3 X- {0 L/ A
可实际情况是，Vi是按照公式1来计算的！" E. G1 E* r* z
  仿真结构：         Zg=50 ，  Zo=50(1/4波长传输线)    ,    ZL=30      
. S% v" v# U/ ^0 Y% R) B  激励信号：         Vi=1V阶跃信号
! f+ v1 Z- k' e  测试结果：          Zin= Zo^2/30 =83.3     Reflective Ratio = 0.25 = (Zin-Zg)/(Zin+Zg)$ ]9 X, O5 j1 B- `
                          可是瞬时电压  Vi=0.5V ， 符合 Vs* Zo/(Zo+Zg)  ，并不是 Vs* Zin/(Zin+Zg)) H9 K, I: Z9 }. ?/ q
为什么？如何理解？ 或者说，这两个公式的应用差异在哪？0 y9 I# B" m1 r( P2 ^

4 w0 p9 p) ], B6 G' h7 R( S
, h- m' D" ^, F$ p- G( g7 A$ i/ u# u" T* f" @4 x; ?

, K* P3 Y- n7 ^2 ]- e" [. g# r* {. @5 @; u. x  P# k9 X

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. {. k- h0 V: y8 }
作者: Xuxingfu    时间: 2013-8-17 11:42
本帖最后由 Xuxingfu 于 2013-8-18 22:07 编辑
8 i) |0 v% R3 N, y. J
; W( F) e% t! T  M8 {6 r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...  v% N" G! b5 L) E1 n  }
& S) k* Y0 F" I) n: }& t; r8 P
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。
9 Z% F2 Z( ^; i9 _
+ f: \9 ]+ H" L8 j9 n, d一个理论比较好的SI工程师，有射频微波基础比较好。
0 s2 ^; _/ l& ]; |; n+ M$ g' `  n( k8 z
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。- K' `! a% k4 Y4 ^7 N* O0 i

; z' G6 G9 l* D9 ~9 P' M（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；
/ p- S. c  t; y* ?: ~. V5 t# ?4 J
（2）射频关注稳态，数字关注瞬态。' E5 ^. Q* |$ e
" ?7 y7 X. f; `. @+ r
（3）射频关注功率，数字关注电压。
9 ]) O! v7 {4 P  k4 K
  ^0 j# W/ p$ J$ ~4 R（4）射频用LC匹配，数字用电阻匹配。
/ I. F4 k! A* r# C
; h: S7 M) }/ |6 S$ ~2 Y% L7 [5 D  {% M0 B" ~% c* {( e; O+ O
1. 公式1为瞬态的，也就是TDR的原理。电压一次的波形。" l9 P& m% d2 u3 M2 u& [' M+ i
2.公式2是稳态的，电压第一次，第二次，第N次的波形叠加。* b* f0 A3 `' h
也可以这样说，公式2其实是包含公式1的状态.
8 a8 ~% K1 c/ p3 o, b1 _4 X! e/ m) w5 o3 j
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。5 a9 B2 d& u+ [- R1 q2 l# V

- Q& M- c$ o5 [% n$ y0 ?$ [1. 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。+ n, A) p" w; ^) S4 j( O% ^3 P
3 U: T1 y, g, f9 i# o) q/ A0 B
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。! k6 V. d" {' `
2 e' u% {% K% z' [8 A
0.357V=0.5-0.125
; [4 C, v9 D+ M& x4 k. ]
) l1 @8 r4 W; f4 K' _8 Q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。) d+ U2 Y5 y8 R+ d5 b

) s$ J7 X8 E2 P6 }2 Z
9 [( \( o: e3 u8 W/ ^% q( r6 L3 g  u  ?& y
3.方波信号，你的问题就是这个疑问，为什么m1m2相等？
+ Y* }5 y- s* @9 i8 v8 P- H" n% a% x- H
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，% \/ ^8 O( O! W. m0 |

- a; d$ o, {6 S( v8 V, Y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。( B3 j7 w: Q( }0 z1 B7 Q/ d

3 Q" b( J, L$ U  L( S* s) @ ) V# }; o8 X3 J. }( M7 F
* _# X2 O7 K4 r8 @1 x- Z0 K* a
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：/ a; {0 z4 }* h& |0 _' p# {
. [4 Z  T, X5 B8 V* z3 _
( ?. }5 J8 {  B$ [9 Z" S/ q( _/ y
作者: fishplj2000    时间: 2013-8-20 09:39
Xuxingfu 发表于 2013-8-17 11:42
8 E+ J1 C# W  k6 `# y9 j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...: y9 Z1 K* g" C# K" `! i% N$ Z) K6 [

8 B, x4 N: q2 J! }" b首先射频和数字电路信号完整性的理 ...

6 v. v+ [) U0 p0 G( k* P非常感谢版主热情、细致的回复与专业的解答
0 Z: c% @& C/ ^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
+ C- o$ |% N5 b& m; y7 ]# J% B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...% p# \2 N! H) j( Z: Y8 ?
5 h& M- }+ [1 k- b# v  Y4 M# J& Q* v
首先射频和数字电路信号完整性的理 ...

. r6 K4 R- s( k7 E* t0 @$ L再请教斑斑一个疑问：2 n' l# i- u$ o& w
       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。7 m; [1 ~' l/ z: K
        射频关心高频模拟信号，而SI关心高速数字信号* T( z( n0 n- `  A
        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
! C( O6 v8 _# c7 ]
6 G. y  f! T9 T) y' G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。
0 v& ^% h. \- F- o0 T3 I5 I( M1 b; U" D% r. g
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。



欢迎光临 EDA365电子工程师网 (https://bbs.elecnest.cn/) Powered by Discuz! X3.2