[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

6 E) R1 Q' |9 ?; P5 Z
传输模型结构：
! g- D6 {' U& Q4 b) Q) D0 ?1 p              源(Zg) ----》   传输线(Zo)   -----》负载(ZL)
3 d9 |8 H2 x$ R" V: R                 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。
9 O% w9 K- f$ M  W/ `3 T' ]# W/ U
# B6 ^, {9 O8 l) [- M, l6 Y从信号源出发的信号每次进入传输线时，输入电压计算：
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：
7 q2 o! v1 T7 ~: u2 s' ~0 P- q& ~        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

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！
4 J  t, X7 y# b; G$ [  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)
" c% w/ j2 {) D" z# Q$ S! i                          可是瞬时电压  Vi=0.5V ， 符合 Vs* Zo/(Zo+Zg)  ，并不是 Vs* Zin/(Zin+Zg)
+ X+ z6 S) b/ {" u: K& d3 F7 L为什么？如何理解？ 或者说，这两个公式的应用差异在哪？
2 G9 I. t3 L  S

% a0 D2 c% I( A/ M3 K3 E; e
6 E/ F$ {' ~% X3 K( i
1 @  t: W2 p! \7 r
; U. R% i* N, P9 j" R, T6 i7 e

fishplj2000

请见不同输入信号下，Vi的输出，用ADS仿真
5 p/ Y6 v( C$ o# k

Xuxingfu

% Q$ C  t4 R' v+ 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...
! ]0 N( X  I- l9 K
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。

* r# S% A9 z0 A6 S5 y' R# W- S, e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。
% V. n3 |+ H$ V/ q/ ^! C
（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 z3 W3 \; e9 X4 `
% y" S" ^7 x+ L4 m! J6 r8 g1 z（2）射频关注稳态，数字关注瞬态。

6 N/ v$ r8 p) W（3）射频关注功率，数字关注电压。
. N/ k: b* j5 I8 W6 k0 v
（4）射频用LC匹配，数字用电阻匹配。


1. 公式1为瞬态的，也就是TDR的原理。电压一次的波形。
- b8 b( w# r& ^% s7 C2.公式2是稳态的，电压第一次，第二次，第N次的波形叠加。
! ~6 i/ A8 u4 a- l6 P" _8 D$ p也可以这样说，公式2其实是包含公式1的状态.
( O% Y' A2 |  U0 i
* t$ y  C- `5 t+ A5 z7 ?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。
! v* M! F% I" p# Q( t9 y) l
; L* r) y+ k' b0 m( [" {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。
) r1 i/ `( \- L/ g9 }
0.357V=0.5-0.125

. O+ s& j! m2 X- j* ]7 m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。
$ G) V, e6 w" W7 g- X


3.方波信号，你的问题就是这个疑问，为什么m1m2相等？

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，

( @6 o" B- o7 k- T) T& ~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。

7 Z8 G( `" n) G! n6 u2 z
; `* B5 E9 \8 k& d) ?1 e& _5 J
+ v# \4 N+ I' _6 q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：
* L, ~+ t6 u; @% a- h6 ?! `

fishplj2000

Xuxingfu 发表于 2013-8-17 11:42
1 h* C. r8 z7 z1 a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...

) L5 D1 d# O' [/ U首先射频和数字电路信号完整性的理 ...

2 R# n+ ~  T/ d; b& l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:}

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...

8 [  v+ N. ~/ x' Z, J# u' [( v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：
       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 Y/ k) f9 I' B        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

  I# y  S' p6 a% ~0 a
$ N7 V$ i7 W  O, n+ f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。
% M6 S6 E1 p4 ], J0 ?
6 O5 A  H  i' V$ H, N- E3 o. m. R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。