[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

) w3 K" w. S- r' P' h% A: U+ D/ W
$ [, g5 s0 I1 R! o1 q传输模型结构：
              源(Zg) ----》   传输线(Zo)   -----》负载(ZL)
                 Vs                      Vi                          Vo
- |2 S+ l3 m. h$ k8 {7 h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。
" E3 \+ k$ S( P5 N" y! W
$ c; R4 {! C& A# o, |; ~9 m从信号源出发的信号每次进入传输线时，输入电压计算：
. |4 ]6 z  L, l$ _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
微波理论：
/ i% ~# x% L0 e# C8 i        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 A: `9 M- ~) z$ v, Q+ c- 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；
; I* k) m! K, P- H3 F$ v1 I可实际情况是，Vi是按照公式1来计算的！
  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)
8 E2 M" G$ h% v2 J0 V" b4 R, W3 b                          可是瞬时电压  Vi=0.5V ， 符合 Vs* Zo/(Zo+Zg)  ，并不是 Vs* Zin/(Zin+Zg)
8 s$ }$ z8 Y3 _3 z6 E8 r2 O$ n为什么？如何理解？ 或者说，这两个公式的应用差异在哪？
5 ]7 s1 r1 ?" R4 \: h$ W- l$ B
1 Z( Q, W3 `% b# Y. O. I( D


9 G3 F" |8 \7 Z

fishplj2000

请见不同输入信号下，Vi的输出，用ADS仿真

Xuxingfu

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...
6 m3 ]$ G# j7 f
! M* z+ |2 L8 F8 v+ d/ V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。

一个理论比较好的SI工程师，有射频微波基础比较好。
$ I( n3 ?/ Z  }) Z+ P
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；

; U$ {: V; }$ M, y: `7 S（2）射频关注稳态，数字关注瞬态。
3 G$ P  D3 W4 L7 x  ]6 d0 t
# [- Y& Y6 e7 P" t% j' i（3）射频关注功率，数字关注电压。

9 n, }( x8 |; r; O（4）射频用LC匹配，数字用电阻匹配。
- u% h! Z( A/ ~2 Z( @6 S

1. 公式1为瞬态的，也就是TDR的原理。电压一次的波形。
$ E# t' e# s2 ?$ y, o7 r. U6 W2.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 n! W, L9 }- v2 ^5 q# ~3 O
: u+ L7 S! `9 y! b4 m8 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. 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。
3 }6 ~' J6 u+ L
* Y+ q( _4 U) C/ B$ s; q9 G/ A+ v4 k2.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
7 O4 Q5 r& V/ l: _! M/ l
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。

4 Y- z+ n3 h$ [9 X) Y
( Z: h0 T: ~2 e& z9 _8 y
3.方波信号，你的问题就是这个疑问，为什么m1m2相等？

% P+ M, i0 K3 {4 Y* Z( L# O, Q5 Z+ 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，

# E# S- P1 [# M5 i" e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。

9 U, Y% A5 S& W0 J  W5 R) a

% P7 o% t' S# b% g# {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 j2 `7 A1 ~2 `5 V, {* _
/ G) M2 W8 x  R& ~2 s9 @

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...

6 H) F  S/ }& c  q& T; i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
1 i2 b8 z; ~; J0 p# w( n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
- F- m: P! E& j1 W# O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...
, L; ^* D! y/ u, V: _# m# a
( R! q) Y! s! v! b  O% g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：
- ~; `( I" k+ C. O% ]       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。
, f1 b9 \4 t; I3 k9 g  @        射频关心高频模拟信号，而SI关心高速数字信号
0 I6 I9 k& ]( c9 O. I        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

, K2 |& _7 K+ W1 B
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。

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。