[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：
9 e+ E2 V3 n* |8 d              源(Zg) ----》   传输线(Zo)   -----》负载(ZL)
/ G9 @: G/ U- D! G) I- G                 Vs                      Vi                          Vo
7 ~! e! I, j; y3 w, i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。

7 v" V, x& x/ v/ y* k+ ^: @从信号源出发的信号每次进入传输线时，输入电压计算：
  _! s7 k/ y1 H0 t0 b+ Z信号完整性里面：
* D* g" j* {6 E' D+ T7 y( i       公式1：        Vi= Vs* Zo/(Zo+Zg)        无视传输线后端的情况
5 X3 f" K  ?1 B: S2 i5 C. l: H4 c微波理论：
% q1 R. {5 ?' {7 y" W        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；
* B9 O) Z" G% s: @# o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      
# R* ^/ X9 w9 v+ ^: `  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？


/ H7 e* x% b% q8 i) L: [5 E" Z5 a+ x
" _5 x8 m6 L' |2 O/ q% J/ F( P

( R+ C7 s0 Q6 N, z

fishplj2000

请见不同输入信号下，Vi的输出，用ADS仿真
& B5 R" B- Q% j: ]$ @3 h: m

Xuxingfu

% y- C; P5 P* ?, J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...
5 [# G" e4 f" p0 n5 Q  R
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。
8 Z2 W/ l& D2 C
% a5 q* q; A! [; x% T" w一个理论比较好的SI工程师，有射频微波基础比较好。
$ v; h) o! a: h- d' y; D3 ]1 y
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 d' f% [3 K0 V- `( V# {5 P/ j（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。
% N! e& b" Z' ?! {. {
（3）射频关注功率，数字关注电压。
* |+ f; \4 Y2 \6 E# i6 T8 s9 |
（4）射频用LC匹配，数字用电阻匹配。
) R7 l9 i/ m) ~, Z6 ~+ l0 E5 h
7 T' \6 H' o7 X: x6 k( I2 K
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。
. S  u' n2 o  k2 [( y也可以这样说，公式2其实是包含公式1的状态.
' m( N  M% g, f( @
' w% ^9 n0 ]+ ^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。
( h; Z6 ]1 t8 q8 q3 }+ f
5 J% Q& p9 t' f4 F0 r) u1. 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。
* g9 }; I/ W5 _- ?: d* P9 z
0.357V=0.5-0.125

5 m1 f9 b2 f" p! u- Z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。

/ P( D  O# X7 G" g$ B% C1 M
+ W- k" _. I1 a; y
" f1 D0 g8 h/ j7 u: [3 B" c) e3.方波信号，你的问题就是这个疑问，为什么m1m2相等？
7 s1 {$ G) J) A; k6 E9 W/ }
. g0 ?* |: Q2 t0 f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，

5 Z5 f0 V# |, w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。

* l" N" _9 b( P' ]' O- a" D& G
8 o: k  O4 P6 {( E; [
2 {1 G  ^+ x8 f3 ?7 y9 `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：
. v  _: d# v2 M; Q6 i
7 n* Y# @' G" T1 m0 m- V0 `
" X; u" \& \5 E: z$ Q

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...
7 \; b" i0 i) E# [& X0 G9 Q
$ k. _7 s. A1 K- n" A3 M; w$ I% y首先射频和数字电路信号完整性的理 ...

  Q! m4 V% Y  s3 ^- `/ Y, U, _非常感谢版主热情、细致的回复与专业的解答
7 C2 \! O3 H9 v/ b* A  b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...
2 O8 G( L- j" F8 R
首先射频和数字电路信号完整性的理 ...

+ {1 E; i1 n3 L4 `5 Q; O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

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。