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[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?

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发表于 2013-8-16 10:50 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

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本帖最后由 fishplj2000 于 2013-8-16 10:55 编辑
0 |& u0 m" u* f% Y3 d1 Q3 j( C
% T; p3 c  {4 u1 ]* k" @; y, S传输模型结构:7 Y9 K* g4 O" v
              源(Zg) ----》   传输线(Zo)   -----》负载(ZL)
( V; `7 E- S- J1 {( _/ F                 Vs                      Vi                          Vo* t- w: R/ h: o$ y$ J- i7 e, a
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。5 L8 K* a' C* C8 p6 z7 a$ g* S

* ^( [+ w9 @% X: }% P% u从信号源出发的信号每次进入传输线时,输入电压计算:2 h. w, A3 M; l7 `* B0 z
信号完整性里面:  t  J# p8 l; D! n6 L) l
       公式1:        Vi= Vs* Zo/(Zo+Zg)        无视传输线后端的情况
3 ~- F% v1 l  u2 O1 `* }: Q微波理论:
0 ?1 S) I+ V* S- 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
1 m: V, N# F% I0 [  v. i- ?5 ~8 F. N( i# I, J
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;
9 d, C2 ^4 U/ A5 u  a可实际情况是,Vi是按照公式1来计算的!# I! x- m( j$ K( J; D8 [
  仿真结构:         Zg=50 ,  Zo=50(1/4波长传输线)    ,    ZL=30      9 M9 y: u8 U8 Z8 F6 |. H
  激励信号:         Vi=1V阶跃信号9 c  t3 G* i' m; u1 F; W- p
  测试结果:          Zin= Zo^2/30 =83.3     Reflective Ratio = 0.25 = (Zin-Zg)/(Zin+Zg)
6 \' K( h# F$ ^2 B                          可是瞬时电压  Vi=0.5V , 符合 Vs* Zo/(Zo+Zg)  ,并不是 Vs* Zin/(Zin+Zg)- t  r+ N5 r' ^) O* f; ~
为什么?如何理解? 或者说,这两个公式的应用差异在哪?2 @& f* u( _" j- {& p2 n
6 m: R5 O' q2 P

* N" L6 R& S. L6 D4 \" v/ |4 M7 k
$ x( e0 P- p$ `3 R7 [8 Q2 H0 C
" K4 o1 ]" G0 ^  L  a* c" A0 p( ?: q9 F

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2#
 楼主| 发表于 2013-8-16 17:20 | 只看该作者
请见不同输入信号下,Vi的输出,用ADS仿真. Q8 N( [5 r' E8 Y: y3 ~2 \

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3#
发表于 2013-8-17 11:42 | 只看该作者
本帖最后由 Xuxingfu 于 2013-8-18 22:07 编辑
! h# L6 j8 ?" ?8 m( _- g8 ?9 J: P* g
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...& J- H1 R7 ?. e, N% m
6 h! i, f7 h  ~& L2 o
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。4 l8 `; o3 [2 L) j$ P6 q+ P

9 Z- [* d" [: q. e3 t7 B2 f( p' Y一个理论比较好的SI工程师,有射频微波基础比较好。! X5 l0 I8 h) A2 i; m! ?

1 D. e% v- V. f) {) ]# X3 T' C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。
; C' @1 \) h5 M" V& `1 {* r
$ `8 W: e- d+ v" @* P(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;, {+ R4 o% @; W! ~0 @/ E
. Q$ Y  C1 |9 S7 B
(2)射频关注稳态,数字关注瞬态。
2 `/ a5 L4 ~2 o0 ]. V& [$ @% Q6 Z% {' ^+ H7 @2 V& `& u4 }
(3)射频关注功率,数字关注电压。
& C% q8 y6 ^1 [4 d7 B* S4 b& [$ ^  p2 {& Q( ^5 y
(4)射频用LC匹配,数字用电阻匹配。+ K$ l/ N6 E' Z1 c9 C, C. Y1 u$ i

$ [2 B$ G( V% B0 K6 L
" [' l* K* P$ r" s4 J0 Y1 Q1. 公式1为瞬态的,也就是TDR的原理。电压一次的波形。
: d5 w; Q9 v' U$ ^2.公式2是稳态的,电压第一次,第二次,第N次的波形叠加。
( x& F* G* _5 w# |3 `/ N也可以这样说,公式2其实是包含公式1的状态.
% `1 X( q$ e. V* d
6 o. ~6 e7 L9 `8 U$ Y! t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。" b% L% i  u$ F6 e" j) ]3 \' q4 ^

  Z, k* P4 {" K1 G1. 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。' N2 H9 L; V! T; a, ~2 x

% f$ K8 l' k6 R+ J( N/ V) e9 O; B2.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。
  J$ [4 X0 w7 {9 p; y# f  A
) c9 h& v! {+ r3 a: B2 ^1 h0.357V=0.5-0.125- m* a# ?) S" v$ v5 y

; @  A& V" {  G3 ]# p$ k# w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。: x7 ^% I% a, b6 B3 a5 ^
! h  R) K$ a9 Z' m; S0 _. t) ^4 ]* T
4 Y3 n, V$ V9 p4 p2 O+ B

& z9 J: @2 D0 g( L# i% Y$ D1 K7 }/ [3.方波信号,你的问题就是这个疑问,为什么m1m2相等?
, O3 R6 N0 A% v( |0 l+ Y/ [7 d; E; E4 b- l) _, D. ?- [4 T5 Y
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,
( s# R0 E+ T* w: l0 C5 e- Z' c0 W$ p" 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。
% O% j. P3 X0 H5 d( h
; k) `4 d; P+ D1 o/ W$ v7 I( M ' A6 s- F: G8 b) g
$ P8 L" I0 `3 b* j7 _
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:
9 P3 ?/ P6 e' [1 K1 \: m
5 G/ r' J/ k8 `2 W
5 v' |5 s7 b  v) q) D

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 楼主| 发表于 2013-8-20 09:39 | 只看该作者
Xuxingfu 发表于 2013-8-17 11:42
  [- Z* w7 ]/ g# \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...& N3 f$ j6 h  w3 b4 u  s! M

& F  E+ _! w, g4 W首先射频和数字电路信号完整性的理 ...

: D* w7 n+ q7 A7 ]4 c( v非常感谢版主热情、细致的回复与专业的解答8 K: p% L* f+ {9 }
版主真是太好了,{:soso_e179:} 超赞一个{:soso_e113:}

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 楼主| 发表于 2013-8-23 08:54 | 只看该作者
Xuxingfu 发表于 2013-8-17 11:42
% [/ f& _9 f0 v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...
* u1 j2 X( V2 p/ Y& X# `' b' c7 w% g1 V6 |' U
首先射频和数字电路信号完整性的理 ...
( \8 Y7 r8 [* C
再请教斑斑一个疑问:
$ W+ p. z. r# r7 ^& g9 }! j  S: H       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。
+ y9 S7 i9 `* Y- Q6 O        射频关心高频模拟信号,而SI关心高速数字信号, K, r9 e+ c' ?. `8 P+ h! n
        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

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发表于 2013-9-2 23:15 | 只看该作者
本帖最后由 Xuxingfu 于 2013-9-2 23:17 编辑 ( f# j1 Z5 f$ E* R  d% T
# X5 O( d) [2 H8 f2 l
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。
! I# J+ b. k% g9 c' o' c# X1 u+ F# n. o# v. S4 ?0 ]0 E: ]
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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