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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 - @, W; }1 S: K5 p  u% y

' b5 g3 E+ c7 ?1 c传输模型结构:
, K* A' M! r8 _              源(Zg) ----》   传输线(Zo)   -----》负载(ZL): P* t- ?. T( U: b! D4 n
                 Vs                      Vi                          Vo/ m. Z; B# h5 J+ h- \6 |$ R& P! 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。
+ Z$ z2 |; E9 l& |: m
# b, h# B+ V2 K从信号源出发的信号每次进入传输线时,输入电压计算:
1 ?6 T# `& L' M- d2 Q$ i信号完整性里面:3 Z, I% ^4 |8 D9 r
       公式1:        Vi= Vs* Zo/(Zo+Zg)        无视传输线后端的情况. u' m- I9 _/ b9 L- {( q
微波理论:
: ~. S! |9 \6 S0 k6 S; Z- e& x- s        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# O3 o. ~+ u% n& E. N1 F7 ?/ h
6 b  J) ^/ I9 |- H0 o, I% c
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;# g7 Q+ u" f! S+ h+ U4 Z  E
可实际情况是,Vi是按照公式1来计算的!
) D, j" M  @9 S" H3 f$ l& w; k  仿真结构:         Zg=50 ,  Zo=50(1/4波长传输线)    ,    ZL=30      ; N; ~) s. e) ?" M+ M0 Z
  激励信号:         Vi=1V阶跃信号4 L7 H, B  S; ^$ ]3 B
  测试结果:          Zin= Zo^2/30 =83.3     Reflective Ratio = 0.25 = (Zin-Zg)/(Zin+Zg)7 ]0 U& C, k) W' o; Z* b
                          可是瞬时电压  Vi=0.5V , 符合 Vs* Zo/(Zo+Zg)  ,并不是 Vs* Zin/(Zin+Zg)
) D9 ^) ?+ v2 I. _/ z+ W为什么?如何理解? 或者说,这两个公式的应用差异在哪?9 g9 r0 @; M7 V( U4 H
5 j2 x2 `, g7 ?9 B+ |8 C7 b
. [" u) Z# G' A0 h% ]

% D# ]$ o7 U. x: s# f0 c' m8 d ; \- e4 \( ~, z

" ^; n8 o1 ^5 l
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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$ r" i, p, P. A' c

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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 % q, a! ]9 f9 X  N6 A' d' K* f3 k

0 s& o. A" ^1 k! d1 A2 V" Z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: h# X" D' e, [, b: i( m" k) t; E6 x
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。
$ z% w7 k  w* Y- y4 B, R8 i) r; q- K8 X
一个理论比较好的SI工程师,有射频微波基础比较好。
$ J5 ^1 G$ n& x6 i3 |9 J2 N9 G
% P& [" ?6 i4 V5 f  W. g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。
* d- {5 Q+ r# {0 d
- W  R) q  b4 ?2 w& z(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;
5 h: D4 W6 x0 d5 s9 I/ T2 a( ]+ K
3 f0 D+ v  a$ W1 B+ h* d" W0 C, N( R(2)射频关注稳态,数字关注瞬态。
0 V' L& P7 u# {5 j" |+ T  m/ O) x) o" G$ I# P$ p
(3)射频关注功率,数字关注电压。# N9 f( X. ]: |9 N( H% Y
# ~1 a+ t5 o/ [) g1 Z
(4)射频用LC匹配,数字用电阻匹配。
+ G: Y2 I$ k* m& A* X( s3 v! \* z% J7 J% N: n6 v* w9 g$ F
# `, P2 x" `' X- a9 X) t* _
1. 公式1为瞬态的,也就是TDR的原理。电压一次的波形。
" N0 `2 m2 C$ F2 w. Q7 n0 |2.公式2是稳态的,电压第一次,第二次,第N次的波形叠加。8 [; y4 r$ H- h* Q  i
也可以这样说,公式2其实是包含公式1的状态.
# `. d+ s2 C! F8 H; J" T7 i+ q3 U2 w0 r
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。
1 a( v8 P! c/ U# ?4 Z% h8 ^
6 p4 N1 O( p( x9 k/ r7 x( f, G" [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。0 ]& @2 {6 M9 I8 _) d

% j; R5 j# i5 Y4 s4 M# t2.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。
6 Q1 Q: E8 v" A5 y( b3 c: r- M! V9 A9 F0 W
0.357V=0.5-0.125
8 r+ I; k7 _5 E# z- w/ K0 G, n* U& H  B
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。
7 `# Y# F0 u* }0 }
8 f9 G7 n+ Z8 ~) `, G6 W ' n, L: v8 N# z- p) N

# ?6 T/ d. {; @, w5 L0 E. i# q3.方波信号,你的问题就是这个疑问,为什么m1m2相等?
6 K* I+ S0 w, Z0 g6 d9 U+ t
$ V$ b2 ]( [6 E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,
- k7 \) Y* b4 l9 N
/ P6 L) E1 ?# a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。# U0 ~) |. N. R6 o  ^

) z8 u$ I$ |. D2 U/ o. K6 l6 Z 4 q/ M. a2 g  P/ k6 o

: V$ O$ U( |) _. b# U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:4 `- p# V1 j1 l: I% L) B0 F7 C
. G' |' ]5 p0 L' s
9 q, u) H8 u# w4 p( g9 m5 V/ ?

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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- F7 _+ z" Z! {9 g
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...$ v3 P- R% O0 {, z/ ~/ j

+ W4 S# Z  X4 C4 X* \首先射频和数字电路信号完整性的理 ...

- a! H' |- t% P  i非常感谢版主热情、细致的回复与专业的解答: V. r/ o2 D; D( `9 K$ T4 P4 `0 A" Z
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( x$ s. }$ S9 ^- {5 b( M
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...
7 d  ?" K% i& q5 J! ~: U5 A/ d1 u' w0 X/ w% r- T
首先射频和数字电路信号完整性的理 ...
9 P0 S0 L5 o& s2 n+ ?# V7 z
再请教斑斑一个疑问:( W9 A) V4 Q. a$ P/ v
       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 b2 ^' T2 R: \  R
        射频关心高频模拟信号,而SI关心高速数字信号! r; P* ^: p/ G" `" r
        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 6 k; N  l: Y" `9 A! q
" B- u& O6 a9 N* R
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。
7 x4 c4 |9 k. R* o) r3 A
3 S# T1 W- i5 p( r. [9 t7 Z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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