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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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本帖最后由 fishplj2000 于 2013-8-16 10:55 编辑
, a( a9 y2 t% K/ E9 v
' Z- p; |+ S; p- v# [传输模型结构:
7 r& o( p0 f6 C# X/ W- O$ L              源(Zg) ----》   传输线(Zo)   -----》负载(ZL)8 a0 N3 E( Z* P% l' @1 Q9 Q
                 Vs                      Vi                          Vo
: G3 u, d$ H4 V: O( f1 b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。, r. P' E$ l4 B* G' g

+ I+ T# B/ u; l- E( `# p- h从信号源出发的信号每次进入传输线时,输入电压计算:. `- _3 G8 X1 E! |0 u  R) e, f
信号完整性里面:8 G+ Y: q3 T2 }4 Q* w! m9 v9 x$ p5 ?
       公式1:        Vi= Vs* Zo/(Zo+Zg)        无视传输线后端的情况3 a# A0 X( Q! Q
微波理论:, f6 U" g  K2 Z
        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# l( u2 O' i. q& M6 d! r# G% y: d

; x$ Y" \: y# A* ]/ E" m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- L0 M0 C" W  [/ x* D
可实际情况是,Vi是按照公式1来计算的!. R( q; W" f7 V4 Y- v+ o
  仿真结构:         Zg=50 ,  Zo=50(1/4波长传输线)    ,    ZL=30      : ^4 L, B! b1 X
  激励信号:         Vi=1V阶跃信号
9 }1 `" t9 G7 C  测试结果:          Zin= Zo^2/30 =83.3     Reflective Ratio = 0.25 = (Zin-Zg)/(Zin+Zg)7 q# X0 x7 j5 j, z9 s" W
                          可是瞬时电压  Vi=0.5V , 符合 Vs* Zo/(Zo+Zg)  ,并不是 Vs* Zin/(Zin+Zg)
; ^# Y  P4 c' |( ^! A; R为什么?如何理解? 或者说,这两个公式的应用差异在哪?
1 a# B& c$ t8 A$ n; ~+ G) j+ }+ B7 E4 O9 P" }) W" ?; Z4 \

9 `  O& Z; d9 j+ l; V3 |8 Y, q2 r: S6 w

4 N1 |6 P; c* X# M
$ S/ N; t9 s, W: ~9 `5 F' n
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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
9 e0 C4 E# A- [4 h) p

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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
" N9 _& \. @; H5 @. t: e& |+ r: ^) [# E* W: l. E
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.../ f0 \/ ^9 B6 m3 w
# S2 ~' E1 Y6 ~
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。
, j9 A! a1 {+ h4 |/ R
% m6 n8 U; v, R8 c一个理论比较好的SI工程师,有射频微波基础比较好。
9 B- D! |+ ^) I' U3 [9 Y, P7 D6 W: ~6 X/ X
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。
$ F7 W9 V# M1 F) b/ \3 ]4 H' `) @) n7 j
(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;& b4 V4 F5 g4 D  y0 s* U/ e$ h

( q2 u' W7 \$ R9 B0 O! Z( s(2)射频关注稳态,数字关注瞬态。
: {  A7 c% Q8 S: {1 i/ t, o' q$ h3 A3 u/ i6 H- t; w3 {
(3)射频关注功率,数字关注电压。1 d, C$ |2 d4 r& U$ l

' p  }8 H: r! L; X+ `  c- i% N# j8 U- a/ d(4)射频用LC匹配,数字用电阻匹配。! K# `3 K8 f, O* o/ l

2 w+ g3 j* |' A  F. p7 U1 J" ^
* Q2 M& r( J2 z+ @5 T9 S0 y1. 公式1为瞬态的,也就是TDR的原理。电压一次的波形。
- a6 Y9 w3 u* N8 h0 s/ ?- E2.公式2是稳态的,电压第一次,第二次,第N次的波形叠加。% |) J1 g: c  x" d
也可以这样说,公式2其实是包含公式1的状态.
  }+ R5 @9 W/ I2 I
1 _; `: O: b8 ?4 S$ @$ y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。
4 l9 r. N8 u$ O) p2 c2 Q
  `' A3 g) a& H+ T/ C7 S1. 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。' a* g( H/ F% k2 o# a2 m

0 W3 r( D- b9 Q2 f6 B2.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。
. }  }" t" r( k: c( F, l# W7 f- U( D
& S7 U7 ?  |, A; q, p0.357V=0.5-0.125
$ D: r! k% q. D! h$ U
. `; E& M% J7 d- d3 C# Z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( |& L+ ]* `! ]& d
% @4 |- d! a" D# j* p
- `1 r: q. j5 q+ q. ^4 a; O) X8 ^  D6 l9 r' j" R# X
3.方波信号,你的问题就是这个疑问,为什么m1m2相等?6 y$ @9 K% s, o* `0 X8 s. s4 v/ C

/ Z0 b" h, P1 [7 [. Q$ K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,
/ Z. f1 b: s: ^* V) v# S: ]) _' U: K( 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。
# K3 U  w- I! X+ x& r) |3 l( A% G& J3 {; u

8 h! c  @& w" q& t9 Z+ ?, J) r# f
+ {, a/ u' |6 H0 {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:
! }9 O3 Q' ], O! l) G. O- e5 O/ u+ ?2 R1 S. ~

4 K$ a6 G4 d" C7 g* [

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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
: v' h! K# S) R* v4 b) h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 H$ M1 ?4 b6 N' Q! z9 u( I& C0 F, O: f: @) I
首先射频和数字电路信号完整性的理 ...

$ \9 s$ R( Y+ p* ]! P- q! m非常感谢版主热情、细致的回复与专业的解答
  S0 y. i+ Z$ |  b; W" ?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, N! T' Z" z/ `; ^+ o' U7 A7 W' D
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...5 z2 A3 ?1 K- Q6 w: H+ B5 _5 G4 p
$ `) T0 {* [/ t1 S& ^% _, e/ E
首先射频和数字电路信号完整性的理 ...

  r. j' l. X  S- i0 R; B. P9 Q- E再请教斑斑一个疑问:
4 q! z: a) Z8 \       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。
$ x8 t$ H# O0 x% i, s0 U8 A        射频关心高频模拟信号,而SI关心高速数字信号
  D8 ~, D2 o7 I1 T5 |5 [( Z        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
7 H1 d; X. }8 S0 |) s  @  k: e5 a2 _! z& U3 T" c  m
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。
# N" O; b/ h" S! F3 X
5 ^9 f( ?- U) I. 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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