[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：
% T3 P: W9 q  G              源(Zg) ----》   传输线(Zo)   -----》负载(ZL)
. h3 V  n+ {1 m                 Vs                      Vi                          Vo
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。

从信号源出发的信号每次进入传输线时，输入电压计算：
. N5 H/ W+ i8 n信号完整性里面：
& |: S6 \, z8 Z$ H6 p( u: @       公式1：        Vi= Vs* Zo/(Zo+Zg)        无视传输线后端的情况
- R% i& G9 N& p, x- t3 ?8 C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
- E) u) _% p: P9 v/ x8 D
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！
% Z) }& [& b* E5 B" q- x1 o  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
  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)
为什么？如何理解？ 或者说，这两个公式的应用差异在哪？

" f, X; e- J/ j( ?

& e' _$ _+ s6 G  F6 [; h9 `+ }3 p

fishplj2000

请见不同输入信号下，Vi的输出，用ADS仿真

Xuxingfu

1 b, Y4 C. z4 Y; j- u) s/ _) a" 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...

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。

' n. u* f. @) k# [一个理论比较好的SI工程师，有射频微波基础比较好。

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。

（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；
" A/ F* _, Z, u0 W
- D, o( `7 D3 b; J3 @（2）射频关注稳态，数字关注瞬态。

（3）射频关注功率，数字关注电压。

& |6 C/ o2 k# P* P: x7 s4 C（4）射频用LC匹配，数字用电阻匹配。
/ {6 s7 H* M+ f: I3 A% x
5 z( k$ @, ]1 `& U
1. 公式1为瞬态的，也就是TDR的原理。电压一次的波形。
2.公式2是稳态的，电压第一次，第二次，第N次的波形叠加。
也可以这样说，公式2其实是包含公式1的状态.
8 {. t8 Q/ D1 n# q  g
) F& {$ Y; G8 B; P; l" d8 {3 B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。
& o) G2 t) ?$ x: ^- L  O0 y, O
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。

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。
) H# E( b: l; h# O& O
! {, r" Q2 }4 X% c& a: a/ n0.357V=0.5-0.125
0 W# x3 G% `$ U/ [: S
) P1 y5 r8 z# z! j, ^; G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。



/ u6 g/ K1 J3 ~. ]% V3.方波信号，你的问题就是这个疑问，为什么m1m2相等？
3 x; y& R5 t8 W% m8 `- |! 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，

# i4 G; I- ?/ {" d9 D1 h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。

3 Y, D6 e3 [. a5 W9 N  Z. K

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 ]7 u# q% \2 J+ b

fishplj2000

Xuxingfu 发表于 2013-8-17 11:42
7 e+ W& T& {2 T* V* I1 ?* T8 P9 @6 _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 ...

非常感谢版主热情、细致的回复与专业的解答
, A( ^3 e; Q, k5 U/ D( G, J# Q版主真是太好了，{:soso_e179:} 超赞一个{:soso_e113:}

fishplj2000

Xuxingfu 发表于 2013-8-17 11:42
7 I8 N3 J; v/ B6 m, 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...
3 x* i0 S$ A2 C2 {3 W  {/ r
首先射频和数字电路信号完整性的理 ...

8 y! p+ ^5 \' S) p" }- q# ^$ c) q4 \再请教斑斑一个疑问：
       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
        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

Xuxingfu

0 c2 B4 U5 s. e! A
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。
! t0 u2 K: y' r7 O8 S
) W/ m; v% Z# M$ H6 a1 v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。