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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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1#
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 , g; g) z: ^& X8 N  c) U6 z
) i" e9 N4 T5 Q, J( @
传输模型结构:+ ?4 }0 P+ _/ o! b$ p  M
              源(Zg) ----》   传输线(Zo)   -----》负载(ZL)
9 l8 _* I! z& L3 W2 g                 Vs                      Vi                          Vo, D1 P& Y" x  O
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。
( f( b0 ^" N& X4 a8 R- A
7 S2 H' J, E/ y- ~1 l5 x, `从信号源出发的信号每次进入传输线时,输入电压计算:8 N7 p* R+ K3 Y$ {( z6 g
信号完整性里面:
9 ?3 `4 r0 b. G, e. C       公式1:        Vi= Vs* Zo/(Zo+Zg)        无视传输线后端的情况0 X4 i; s6 u& j) K
微波理论:5 l0 M. x& j/ p% G. F1 n
        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
$ W1 C3 m  y1 v$ Z. `3 v
& d0 f: u8 `/ \3 Q* W7 M3 M1 H: n# B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;
8 m" D! }% f; l5 c- K4 J& P可实际情况是,Vi是按照公式1来计算的!; E5 |0 S8 ^. v9 U% S" J# @+ d
  仿真结构:         Zg=50 ,  Zo=50(1/4波长传输线)    ,    ZL=30      
+ Y0 f2 ~7 N$ k3 D: y1 z" K  激励信号:         Vi=1V阶跃信号
- i7 q: m1 b% Z8 a% ~' p  X  测试结果:          Zin= Zo^2/30 =83.3     Reflective Ratio = 0.25 = (Zin-Zg)/(Zin+Zg)
: R9 o. N) d; v& r9 G8 J- {                          可是瞬时电压  Vi=0.5V , 符合 Vs* Zo/(Zo+Zg)  ,并不是 Vs* Zin/(Zin+Zg)2 t5 G; X/ C" b$ o+ @
为什么?如何理解? 或者说,这两个公式的应用差异在哪?
9 y" {* G! @5 _- R  k0 \, c
' d8 l0 `( Q/ x1 l6 U ' |( N# s" i) F1 o0 S9 d' ^8 p

! I; e8 u2 v  l/ s ( i* \. b( e+ R3 n
) \1 }* ~" g3 k, j! @/ \

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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. h* u* z7 d0 j/ j: ?3 m5 K

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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
- P, n4 L7 O8 X' Z) Y7 i$ G" b
- f) B1 u) O' j! u5 |2 h! G2 [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...
( H7 ~: n. r% q5 N' c
3 c; i" q" X1 z8 H7 J0 Q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。3 ]' \" r. }) X1 l1 x

) C6 x: e) T& w' M/ {1 z5 [4 I! C一个理论比较好的SI工程师,有射频微波基础比较好。! e+ Z( @, i, V" b2 f  o
$ z, n$ }! ~5 F. ^2 Z/ S; |; a
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。
  S. i# R0 q+ r% _; ^+ r( a9 ]' n
; u3 a5 e! G/ ~. Q* g(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;
/ ~; S1 r7 y; {/ Z, X( d
* u" y" o! z9 i3 o, T1 L4 @1 ?(2)射频关注稳态,数字关注瞬态。
4 n  ^3 W- t0 ?! U
! a1 k8 A! Y) D+ n6 W% F(3)射频关注功率,数字关注电压。0 ]4 p, y6 D1 k3 b% ?; L
$ U* Z6 C% w0 i
(4)射频用LC匹配,数字用电阻匹配。
0 I9 d$ s! E; h8 {. E% b9 i1 r: O/ ]" @3 `

# ^3 C; A4 r! C, `3 z1. 公式1为瞬态的,也就是TDR的原理。电压一次的波形。
# |% Q/ X% j8 Q1 P  u6 \2.公式2是稳态的,电压第一次,第二次,第N次的波形叠加。1 n* y( N$ l4 c7 |: ]8 B
也可以这样说,公式2其实是包含公式1的状态.; t. b* }$ c. F' f
( K6 E$ P) ^1 |4 G# D
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。
) E; Q) i$ s* a# }( ^; V  ?9 P0 u8 D! f# Z# W- v
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。( Z$ }3 g1 f4 k, B8 }3 C

  f% @8 N: Q$ W& 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。
4 o3 ?1 m; X- `1 J3 ~+ _/ u
& _6 i. W1 z2 {# e! u0.357V=0.5-0.125! E5 q3 z5 h& }7 W
6 V5 F. {* w: j9 z  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。" L; Q8 T# b# R5 N$ P1 y* l0 n

- a( U( x/ s+ e0 }# X' m + [2 h, l, k3 I9 K& z& F% B
& J% I, h: [) e3 q8 S0 i( _
3.方波信号,你的问题就是这个疑问,为什么m1m2相等?4 N+ E, b; y# t$ w

" `+ ~. I. ]4 i1 [. z1 @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,& J8 h  ~$ H2 N

  l2 z% Q1 j0 W1 r6 I- v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。# S& w4 M# G+ p+ ~8 Z
& j5 D/ e1 g. a: A

9 R! L+ G- J9 N7 D+ a3 ]$ E0 x! D6 Y: o  Q5 _
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 b* c! x! R' }$ B
  ~8 U$ U9 @* b! [0 {3 Q: P) h
' V6 U, x8 w, X+ n2 v

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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
0 p5 K5 y) S, K6 j8 ~* D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...
- m( @. ?8 ~) C+ J. |: s2 F% z8 ?) y
首先射频和数字电路信号完整性的理 ...
3 d& u( [: x/ Z! j
非常感谢版主热情、细致的回复与专业的解答
, H( @9 j, m% F9 V& M9 h* g( K2 D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+ ?3 {8 B& g+ t0 X4 ?* h6 S6 \
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...- ?* u% f: M+ O) y( R1 {

  N! o3 g3 r3 o  P首先射频和数字电路信号完整性的理 ...
( G6 L8 T- s" ^; i8 H
再请教斑斑一个疑问:1 l: j# V( A$ k
       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。* P$ h' [& p( @" n
        射频关心高频模拟信号,而SI关心高速数字信号9 |9 J0 f4 C* c6 O* V
        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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6#
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 $ _, }( b  A  n# B

/ M. K; F! ?- v/ j: r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。3 O; R) a$ R6 d6 Q7 z

# W/ f/ a- }7 H% [7 d% m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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