[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 · 发表于 2013-8-16 10:50

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本帖最后由 fishplj2000 于 2013-8-16 10:55 编辑

传输模型结构：
            源(Zg) ----》传输线(Zo) -----》负载(ZL)
               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：
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：
      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！
  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？

fishplj2000 · 发表于 2013-8-16 17:20

请见不同输入信号下，Vi的输出，用ADS仿真

Xuxingfu · 发表于 2013-8-17 11:42

本帖最后由 Xuxingfu 于 2013-8-18 22:07 编辑

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。

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；

（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。

（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。
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.

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。

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

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。

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，

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。

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：

fishplj2000 · 发表于 2013-8-20 09:39

Xuxingfu 发表于 2013-8-17 11:42/ u& b! r) p# `# D1 L7 Y! Z
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 E3 K B+ q% q" U6 {
) t6 }" N. k$ m
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
版主真是太好了，{:soso_e179:} 超赞一个{:soso_e113:}

fishplj2000 · 发表于 2013-8-23 08:54

Xuxingfu 发表于 2013-8-17 11:42
7 N! M' t, T3 Q- Z* J T9 Y6 `5 W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 d2 S, A* i8 s4 }

/ Z+ P$ w* ^. y0 l$ E1 X) L9 O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
      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 · 发表于 2013-9-2 23:15

本帖最后由 Xuxingfu 于 2013-9-2 23:17 编辑

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。

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