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标题: [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？ [打印本页]
作者: fishplj2000    时间: 2013-8-16 10:50
标题: [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？
本帖最后由 fishplj2000 于 2013-8-16 10:55 编辑 3 t3 M* a* }% Y# \! h

3 D) [2 _) W" n/ g2 d传输模型结构：
2 L1 z  ?) T# c, q1 Q7 P              源(Zg) ----》   传输线(Zo)   -----》负载(ZL), C3 e0 n8 m, ^! `/ o6 y$ R
                 Vs                      Vi                          Vo. f' ~" x  H5 w' |
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。& i7 U8 S8 z! `  n
$ ~& A6 s; v4 F4 {  p  H) N9 S3 w
从信号源出发的信号每次进入传输线时，输入电压计算：* K: O# s" e+ ?
信号完整性里面：
. A. {5 f; A3 J. ]( @# x( h4 G       公式1：        Vi= Vs* Zo/(Zo+Zg)        无视传输线后端的情况8 k0 C3 J0 l% c' o
微波理论：
6 X: j5 T# y8 f: o) S, {$ L, J$ t        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4 K2 a4 D# H& J

3 c& `* u; `/ |  n' f1 W/ ^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；
: T! b; ]; e1 A2 L, ?) c- U可实际情况是，Vi是按照公式1来计算的！4 g$ v. ^0 V- y" {
  仿真结构：         Zg=50 ，  Zo=50(1/4波长传输线)    ,    ZL=30      
2 ]9 `9 X- ~2 m% Q  激励信号：         Vi=1V阶跃信号
2 l. _1 {# f5 m6 P- h5 `  f  测试结果：          Zin= Zo^2/30 =83.3     Reflective Ratio = 0.25 = (Zin-Zg)/(Zin+Zg)
  B9 Z- c% t& e3 k                          可是瞬时电压  Vi=0.5V ， 符合 Vs* Zo/(Zo+Zg)  ，并不是 Vs* Zin/(Zin+Zg)
/ S7 Y3 Z/ M# Z$ f! ^为什么？如何理解？ 或者说，这两个公式的应用差异在哪？& L; Z# \1 p5 J

: |- Z9 [- w( W7 ?
. Z2 L! x7 R6 B: A- x. m7 T- B5 t+ m9 v7 _  z% ^4 u: _3 J

6 X& r: j1 }8 l3 E
0 T$ w& t7 h, R2 {

传输线负载和源端反射_计算图示_信号完整性.gif (92.71 KB, 下载次数: 18)

传输线负载和源端反射_计算图示_信号完整性.gif
作者: fishplj2000    时间: 2013-8-16 17:20
请见不同输入信号下，Vi的输出，用ADS仿真* K) f2 h; E9 f5 y
作者: Xuxingfu    时间: 2013-8-17 11:42
本帖最后由 Xuxingfu 于 2013-8-18 22:07 编辑
2 I/ m' |9 z& {
3 g+ {+ R8 m$ Q6 b# `- ?# a% x0 K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...
& R- A& j( B# x: a: i
" C) j; c* R! S2 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。) B2 @+ M8 E6 i

" e  {. Z/ y2 v8 S5 I# p一个理论比较好的SI工程师，有射频微波基础比较好。3 f3 w: e* L4 s0 G) C7 x" _* x! W
. r: x' q! g2 o! c( s1 v
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。; y( E$ r( ?; N5 \2 q
/ P- S% |4 M; L9 q2 a* A1 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；
9 @) Q6 _7 {' m3 t" e% R& X
- ]9 ?1 j2 v/ o, k+ K( f1 `* c（2）射频关注稳态，数字关注瞬态。
3 r* b8 E8 T. R$ ]2 S7 ]
$ S4 \+ Y2 z9 V8 B（3）射频关注功率，数字关注电压。. s. s# Q0 I  [0 r
2 o: i0 Y6 F$ p* M( C
（4）射频用LC匹配，数字用电阻匹配。
# w4 H! M' g6 u) e7 O3 k; Z0 c# y! ?. b) q* x" ~% Z
( B0 ~6 }4 i9 F( P! ]
1. 公式1为瞬态的，也就是TDR的原理。电压一次的波形。
  y& b) E& m0 L& r& e8 A, _2.公式2是稳态的，电压第一次，第二次，第N次的波形叠加。) `5 C6 Z3 p" t6 z3 _
也可以这样说，公式2其实是包含公式1的状态.
& f" z, W: x# ~# T
& P( i5 n# Y0 y2 t7 e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。( d: d9 o% M# S0 T5 A! A
$ _3 U# E# F/ A! l- M- a7 ^" I
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。
" u, r7 Q( ~' N5 |$ B, U. h# I& m- i$ c
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。! O1 o) o6 ^( l5 y
. ]( X. V2 c9 z0 x7 Z+ N& w7 N/ o& Y3 t
0.357V=0.5-0.125
; ^, ~. @, g8 ^9 r3 F/ s8 r  r0 q0 w& b
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。' Z) M( {  j: I- h% \; g

: ?& f' v+ M( V- x4 f7 P9 N; P2 K
2 `) m9 |9 [& l: z
$ B  X- ~4 e. N3.方波信号，你的问题就是这个疑问，为什么m1m2相等？
: U' n1 u. M$ l  m% L1 ]6 X" e8 u, j- ?' b  e
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 l; D- ?$ ]5 S* G  K- R. A4 U0 N% X. J) B
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。8 g) \7 U1 m9 J% N5 E2 m
# D0 k( L- |9 C5 L) G) ~
5 b0 x/ K( D% e4 `2 P0 ?
5 J; h: ^! T" X9 ~
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：  b% @7 X; k; K, m6 c' B4 M
1 r- P/ o6 Q# S# V% b4 `0 y

- b) f* Q& \' L: Y8 V* f- u. n
作者: fishplj2000    时间: 2013-8-20 09:39
Xuxingfu 发表于 2013-8-17 11:42
* b: @% z! g" v, p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...
; ~! i. C6 K; \) S! y% D' x# e% o# B5 c5 H; `. S! A7 s. a
首先射频和数字电路信号完整性的理 ...
$ _9 u5 d/ `* _, @
非常感谢版主热情、细致的回复与专业的解答, F# X2 f% _; K9 ~  C/ H
版主真是太好了，{:soso_e179:} 超赞一个{:soso_e113:}
作者: fishplj2000    时间: 2013-8-23 08:54
Xuxingfu 发表于 2013-8-17 11:42* `0 C# b' E( y* `- F$ `! ?+ r/ c, b
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...
  _/ f4 T! }* N6 |" [! e: @/ Z- F
) N1 E% t+ L6 v) s7 W4 S首先射频和数字电路信号完整性的理 ...
8 m( D/ S4 @% W/ B6 \+ u' F2 `
再请教斑斑一个疑问：
' r0 F# X( A! [  p/ ~7 |       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。, v; k. L+ Z2 Q- r( z" Q# K* W
        射频关心高频模拟信号，而SI关心高速数字信号5 Y2 m$ k) c0 c, L, R% ~* r
        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
作者: Xuxingfu    时间: 2013-9-2 23:15
本帖最后由 Xuxingfu 于 2013-9-2 23:17 编辑 ! u) ]! s% o( ~: C; A
4 B  `6 [0 o/ M9 \$ C8 U
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 c. T+ T# S9 m' h3 K
( s8 N' y- F- l) E1 c: P( V% }2 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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