[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？

fishplj2000

传输模型结构：
1 t8 X- R5 X; ^, q5 r- Q7 X              源(Zg) ----》   传输线(Zo)   -----》负载(ZL)
& o; Y7 @3 P6 s& x2 D, U/ O                 Vs                      Vi                          Vo
% p" d' `8 n7 ^$ F4 U& X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。
4 n  o7 v) [4 w  Z2 X! L+ b4 g
7 W* @$ ^$ j: Z- d0 p从信号源出发的信号每次进入传输线时，输入电压计算：
& e  n' ]3 p7 j1 W* {信号完整性里面：
       公式1：        Vi= Vs* Zo/(Zo+Zg)        无视传输线后端的情况
6 M* c) m! {% n$ M" V微波理论：
        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
8 n0 {! m% D$ i9 c5 w9 n+ ~
! s9 a# t) a' T9 a4 j( _$ 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；
可实际情况是，Vi是按照公式1来计算的！
. g- H2 B5 l' }' o: V* k  仿真结构：         Zg=50 ，  Zo=50(1/4波长传输线)    ,    ZL=30      
  激励信号：         Vi=1V阶跃信号
: b- Y, R0 s+ W( _5 E1 j. n  测试结果：          Zin= Zo^2/30 =83.3     Reflective Ratio = 0.25 = (Zin-Zg)/(Zin+Zg)
                          可是瞬时电压  Vi=0.5V ， 符合 Vs* Zo/(Zo+Zg)  ，并不是 Vs* Zin/(Zin+Zg)
& S- d3 _9 o' f/ Q  m为什么？如何理解？ 或者说，这两个公式的应用差异在哪？

* T+ O- M% E/ |5 Y! G

Xuxingfu

) P0 b+ v) @! ]3 h3 w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。
+ R) O" R6 I9 b* r( ~2 p$ [6 j
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。

fishplj2000

Xuxingfu 发表于 2013-8-17 11:42
/ T1 w+ j3 \7 N' Y, H3 M/ 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...

首先射频和数字电路信号完整性的理 ...

再请教斑斑一个疑问：
( u4 s; r1 B: z% |: {# ]& D6 R       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。
        射频关心高频模拟信号，而SI关心高速数字信号
4 D. ~  ~- s& G" ]2 R0 N$ Y. p4 }% {        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

fishplj2000

Xuxingfu 发表于 2013-8-17 11:42
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...
& ^/ Y; y2 ~+ i/ Z& Z' M8 X
首先射频和数字电路信号完整性的理 ...

7 c; R7 X( d6 e' c非常感谢版主热情、细致的回复与专业的解答
版主真是太好了，{:soso_e179:} 超赞一个{:soso_e113:}

Xuxingfu

( T* ~9 ]! w7 L! h- H
$ T2 O4 ~+ o. 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...
3 X& m. s! p7 x. Z( J
7 X, z" N2 B5 A& A  s. u9 E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。

7 W: _- \7 k  X一个理论比较好的SI工程师，有射频微波基础比较好。

2 X3 }8 Z0 z2 M% t% u! u; L1 `5 |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。

7 j& P- E/ O5 s, m# |; H% }（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；

9 K" J1 r0 U$ o（2）射频关注稳态，数字关注瞬态。
5 o3 ?, Y# M" J) y# {
（3）射频关注功率，数字关注电压。
, c# d7 y2 n! ]7 u0 h: u
1 ^& o" V, O- o/ i, _（4）射频用LC匹配，数字用电阻匹配。

  y) G4 \1 h. A/ X, D
5 o) j  @' \7 }! T/ ^1. 公式1为瞬态的，也就是TDR的原理。电压一次的波形。
. H2 X2 C7 m" o2.公式2是稳态的，电压第一次，第二次，第N次的波形叠加。
* w% @: G" g: o2 u# y2 H& Q也可以这样说，公式2其实是包含公式1的状态.

  C) s( i  a- [$ q$ @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。
: \$ J* A8 U3 Q* R8 n- {6 S
. c. v/ O: n" M; u8 r" q/ }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。

: L: I, L0 }# F1 _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。

0.357V=0.5-0.125
! y" w0 |. U4 `% P5 _# G: Z0 \
0 G1 I* h6 V6 b% E+ t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。
& O8 S$ p. n. w( g0 T

# t/ d# c6 o2 H4 q3 h/ T4 |7 X
3.方波信号，你的问题就是这个疑问，为什么m1m2相等？
8 |, ?3 j$ `8 x$ Y4 O6 Q" L2 Q
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，

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。
" e& `. l0 d/ n" {


  K2 o, f: m2 k# ?; j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：


* d9 J7 Q+ `( b3 }1 X9 G$ u: p

fishplj2000

请见不同输入信号下，Vi的输出，用ADS仿真