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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 7 z# c" `. B+ t; E
/ Q' O; n. t9 L. L2 V
传输模型结构:
: ]' A. Q6 w( G& \9 ]8 B              源(Zg) ----》   传输线(Zo)   -----》负载(ZL)
9 I; j7 r- B' s$ |                 Vs                      Vi                          Vo# }! k0 Y4 K- L! W% R
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' X! O3 C9 e6 [8 z8 z
- s* Z' [4 M: f/ f
从信号源出发的信号每次进入传输线时,输入电压计算:2 |' \4 K: }( H
信号完整性里面:9 \9 d; F7 S' Z6 l5 K, f
       公式1:        Vi= Vs* Zo/(Zo+Zg)        无视传输线后端的情况3 q% H- e  d! h, i. I1 f
微波理论:8 `3 c: P# |' N6 Q6 i# ?1 w9 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% J3 V2 Q3 x! }0 c$ w% \3 P  N1 t1 @% r
2 c* K9 R% ^" m+ a
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;
  q4 z5 P% {: k2 D0 b7 l9 U可实际情况是,Vi是按照公式1来计算的!
5 O  L, L; y, o) B, n0 e  仿真结构:         Zg=50 ,  Zo=50(1/4波长传输线)    ,    ZL=30      : P% P2 \9 Q* b' ?7 Y7 B
  激励信号:         Vi=1V阶跃信号
* o& F/ x0 V5 p. H! {0 t  测试结果:          Zin= Zo^2/30 =83.3     Reflective Ratio = 0.25 = (Zin-Zg)/(Zin+Zg)4 @' t4 t) X, c- C# H
                          可是瞬时电压  Vi=0.5V , 符合 Vs* Zo/(Zo+Zg)  ,并不是 Vs* Zin/(Zin+Zg)2 c0 k% }3 w% n! s
为什么?如何理解? 或者说,这两个公式的应用差异在哪?
# `# H  ]# {  ]/ f
" Y. |& B# X7 L1 r ! K, ?# i) M# J* w+ |

$ i9 Q- `  e' V& r. E4 R4 }& H- h% U
: H1 a( T, k; {( h3 f4 ]* W8 \4 s+ \* g# }( B' g
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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; z; D! r3 k8 {) p: \  B" a

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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 & y/ Y9 j8 }7 _- G* J3 P3 Y, K

3 D- p5 L! R5 y$ }8 a% i: 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...
( ~/ n- ], ^9 D/ }
$ q- i1 u/ x, [1 x5 U& B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。% C( z( n4 F0 ~. M

8 x  G0 s- a& C* i- }2 @8 r7 H  a; i一个理论比较好的SI工程师,有射频微波基础比较好。) p0 U% }+ w0 X4 z9 u) J! \
+ C$ b3 o! ~0 D3 N2 E0 B, \
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。
2 D$ [; o. v/ q8 K
2 d& v- d4 H. Z7 i" V(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 F2 P% F( E' h/ y' T
# V# K" A" `* F" c' d: V0 r  G(2)射频关注稳态,数字关注瞬态。; H6 P. i& _8 \

" p9 q( z' n" I  J2 S  ](3)射频关注功率,数字关注电压。$ `; g8 G+ y$ Q

* b; B7 m" ^1 y9 V- x(4)射频用LC匹配,数字用电阻匹配。
  o9 G, E; f! w& q7 L. i" ]
- _9 U# c* _1 w! K1 j- @  |
, ?. A% A! i) w0 a+ I( S7 U: c1. 公式1为瞬态的,也就是TDR的原理。电压一次的波形。7 c. l" v' q) v, {( n9 t
2.公式2是稳态的,电压第一次,第二次,第N次的波形叠加。4 g/ g8 {! z& X* R8 R: M  e
也可以这样说,公式2其实是包含公式1的状态.5 c4 i0 b* O2 e7 V3 y' C
' ~& d+ ^* {% t% A2 {5 h
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。& X/ H+ D2 _% x% ~4 L# O2 g
! Y1 z$ o* @, }" }/ A
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。" ?! d4 |$ s- f* \3 D

, W1 t0 S. W$ e. N) u4 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。, \1 u7 S1 P0 @: Q" O

; \- J; D" ~8 k" y0.357V=0.5-0.125
  }+ d5 T4 O3 U1 B5 d0 }* W2 c
7 `5 x4 x, [+ `1 h; @2 O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。
9 M4 P  @( ?. ^7 l- I- j
, ]0 h8 w" `% e, U4 {3 H* d5 ^ 5 r% S6 x" L- b8 V
9 y! I& e6 P: g9 \  i
3.方波信号,你的问题就是这个疑问,为什么m1m2相等?
; N, U+ x4 a- }1 t# `1 q8 X/ k, H* V' K# k2 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,: @5 B. F" r% M  ?; e. e
, P9 j- ~' u2 s# X6 m# n
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。
5 m0 L- i$ e- k0 X
6 f! J! W/ M7 E# x0 G, m- L4 ?7 C' B4 V ' f) Q) d3 [" A7 e
% C/ S& c; L% L8 j! [/ I9 s
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 z! o& w) M" c$ K

# l1 Z9 J% G3 z+ x
) M$ H: m$ B8 p! i

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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
$ R  [! @8 k) Q) v2 ^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...
/ A+ W- Y3 W, e9 N8 I: Q9 ^: `/ c
& d+ G$ Q' e- Y2 V) M5 V" a, w首先射频和数字电路信号完整性的理 ...

: s6 z( U; c  {6 N( ~, p. S非常感谢版主热情、细致的回复与专业的解答! O; O9 H0 a6 `& v! C
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 11:422 f" y; {1 }8 v* \% c- m$ 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...
: d/ }4 a( ]! g: P, p# _3 T# S0 B5 F
& z. ^5 _8 M' ^" v# e/ C首先射频和数字电路信号完整性的理 ...
: u( B8 c5 L9 z: e
再请教斑斑一个疑问:
+ h2 N6 c/ n& v, W4 C; s       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 o+ ]2 s0 {# q; t
        射频关心高频模拟信号,而SI关心高速数字信号1 B( L. K; n2 l. v# c& e1 }$ a2 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   o, @3 v& g1 i; ]" _$ ?( K; c% E- z3 Y+ M
9 s# g- U) F$ ]/ p  M) V0 k" }# x
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。
1 k7 n0 g9 L+ s' S6 r" R
) E" d' X9 w, |, C5 y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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