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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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x
本帖最后由 fishplj2000 于 2013-8-16 10:55 编辑 5 S/ x4 V$ R1 e
5 s( l; p/ D+ b/ y2 d
传输模型结构:
* @) c, o) P: L1 w              源(Zg) ----》   传输线(Zo)   -----》负载(ZL)
9 L. p1 Q* F( ?4 x$ [                 Vs                      Vi                          Vo
6 F" k% ?0 i0 E" J3 a" `7 O* x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。
: p( G. ?9 Y  l$ [. ~+ M
* d* q. \! |2 P) q! K从信号源出发的信号每次进入传输线时,输入电压计算:" @; b( o8 C4 U; P( E; |
信号完整性里面:! B5 V: o8 Q: E1 ?, Y+ D
       公式1:        Vi= Vs* Zo/(Zo+Zg)        无视传输线后端的情况- r6 y0 ]5 n* a/ F% T0 `$ w
微波理论:
  Q" K& `" l8 m' }4 }        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+ O8 ]. f; c- ?% [
, ^6 u3 W! e  z1 ]* {- q
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;
' E  E; m  K, |$ K可实际情况是,Vi是按照公式1来计算的!
% V( E5 n8 D. W7 a  仿真结构:         Zg=50 ,  Zo=50(1/4波长传输线)    ,    ZL=30      
2 b0 g) s% I$ S4 Y- R  激励信号:         Vi=1V阶跃信号# _* n' L0 T4 X1 u
  测试结果:          Zin= Zo^2/30 =83.3     Reflective Ratio = 0.25 = (Zin-Zg)/(Zin+Zg)
7 {( w5 M) s9 x1 ?% Q: q  }% i/ w3 J                          可是瞬时电压  Vi=0.5V , 符合 Vs* Zo/(Zo+Zg)  ,并不是 Vs* Zin/(Zin+Zg)( _2 v- r5 u: B! j& P
为什么?如何理解? 或者说,这两个公式的应用差异在哪?
# X5 R+ g7 K' @; I) T' M0 H- v
4 o$ W0 W3 O7 K7 J8 a $ K; g1 _+ }* H# h  T

- Y( ]- g) }, U& d 4 d- k. J" T0 u+ H1 c, F" o  x

3 t  Q) E; c* @

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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
8 B3 M/ R. `* U$ x- B

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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
5 ?6 o$ h8 i$ g
8 Z- }* U3 s8 {; O8 r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 r) X$ k9 c- `
9 H$ v8 R  z  |/ g% l$ Z" s* ?! O0 A, i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。' K/ H$ |  q) u% @: m( ~; Z* U

! S/ u, j  r7 S) e一个理论比较好的SI工程师,有射频微波基础比较好。6 [. I) f" y4 r/ T

1 D$ A: g6 d$ h$ e3 r8 p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。
* [; O$ G0 f$ o' p0 W5 P# z6 H
/ s2 j7 Z1 J* t3 z5 S6 X(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;
( {6 A) M7 b* [# B5 _1 x4 }, U# T, h" W0 {0 c. j
(2)射频关注稳态,数字关注瞬态。
" s( y! y5 m% u% @5 t7 x" O) e1 ?6 Q# `
(3)射频关注功率,数字关注电压。
' v: V) f& O  ~* E  P2 j  O" |- H; [' r0 T
(4)射频用LC匹配,数字用电阻匹配。
, i/ K9 H/ D/ M7 w4 u0 ~/ z7 r% |! p" n# U2 K8 `+ z9 C2 Y; S/ i

$ p4 H- m& {: A5 L: A1. 公式1为瞬态的,也就是TDR的原理。电压一次的波形。4 i  s2 Y1 ^( g4 [
2.公式2是稳态的,电压第一次,第二次,第N次的波形叠加。3 Q# k3 g9 _4 N% o0 ]& u
也可以这样说,公式2其实是包含公式1的状态.
, s* B! u4 c: f1 k- @' l. T$ X
; B* h- V# ^: F/ }6 @9 c# b$ q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。
& t: {" ~# ^% X$ U- }$ ?& W
9 c6 v  u1 G. _- P3 L. Q  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。
( u* d0 T) O* a  X; V' O
- Z0 n; i1 R9 G# G6 Z2.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。6 w6 O, w6 g3 t. R, L' n
: T5 Z1 t* |( J+ n8 H
0.357V=0.5-0.125
. Q9 J# B* n0 W6 |1 r# _; h3 @9 L9 Q+ x  r5 [/ z& r
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。' J$ ~9 B1 i3 D1 r

! d8 u: h- e/ x2 K9 s 3 j  w8 |$ }1 H: q" j

: x2 ^3 m) ]( N, S3.方波信号,你的问题就是这个疑问,为什么m1m2相等?  O+ i% F8 o% ]7 G8 B8 g6 h! {  Y# k% a
8 a7 U2 }) K/ x& z3 D* y! \9 `" i
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,
( ^. A7 O' L5 G  J1 m" K! d% f* `: b* a4 F& {
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。! U, B" s+ K. ~$ i  C3 u

" d$ m1 q; v; h; V
, F' P+ {" q6 v" V7 a/ h$ e& v$ m3 k* }; g
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 l9 B, V8 V9 D8 U3 V$ u; Q
9 j& `) [! r& Q- i
- n3 ]5 `+ P# w, D! c5 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
4 h1 S8 \5 `. 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...
& s7 t& M! `2 a  L0 w: ~5 k% ^( z
首先射频和数字电路信号完整性的理 ...

; L( S) r2 u2 m5 m4 j非常感谢版主热情、细致的回复与专业的解答5 f) R# e$ e$ W' S: X' [: M
版主真是太好了,{:soso_e179:} 超赞一个{:soso_e113:}

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5#
 楼主| 发表于 2013-8-23 08:54 | 只看该作者
Xuxingfu 发表于 2013-8-17 11:420 C6 J, k9 E' S. X
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...( W) n% C# A3 S
9 W, H3 C. S! }4 m
首先射频和数字电路信号完整性的理 ...
9 M; ?% h, |; n
再请教斑斑一个疑问:
, F( D5 ~( E& M, J" c       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。0 q: J% \8 C' }% w6 n; T
        射频关心高频模拟信号,而SI关心高速数字信号
7 l" ]+ i4 ~  ~$ v1 S' p( G3 o2 t/ u        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 1 A: L) l* _. d$ g
2 {( T6 j' y; |# T. Q( w
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。
9 q8 R) u- c% [: R9 v7 i  ~* ^7 }+ A, S% a
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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