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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 " e. T! \  u+ u4 U9 C
  L7 ?$ Q$ V. `' \, q
传输模型结构:; S9 j/ N6 ?6 e: S
              源(Zg) ----》   传输线(Zo)   -----》负载(ZL)
+ \0 u" T# s; j$ t- J( v. C3 v1 j                 Vs                      Vi                          Vo* F. u" _5 f# }& B8 s6 U* N9 d
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。% A& f, K4 S/ `% `% l9 H

( F$ Y% u) k( q; A- A: v9 N% M0 ]从信号源出发的信号每次进入传输线时,输入电压计算:- B! C5 }  x* O7 `$ P
信号完整性里面:
' w+ l& U" q# r& O5 w, n% {: Y3 S       公式1:        Vi= Vs* Zo/(Zo+Zg)        无视传输线后端的情况
# t2 A  d1 M- r3 O$ v) H: o微波理论:
+ v  _+ L2 I0 J/ l( g        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2 q& O/ n+ y% t; z; c* E6 l( `1 T
$ p3 u4 n3 f; Y! Y4 E
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;
' U7 T. N: M; k- C可实际情况是,Vi是按照公式1来计算的!8 ^- d+ Q! R4 K# @
  仿真结构:         Zg=50 ,  Zo=50(1/4波长传输线)    ,    ZL=30      ) l3 P8 ^: q3 Q) Q) P9 g
  激励信号:         Vi=1V阶跃信号! Y: H! i; j2 s4 ~% A
  测试结果:          Zin= Zo^2/30 =83.3     Reflective Ratio = 0.25 = (Zin-Zg)/(Zin+Zg)
( i" ?) }  F/ P9 k/ v                          可是瞬时电压  Vi=0.5V , 符合 Vs* Zo/(Zo+Zg)  ,并不是 Vs* Zin/(Zin+Zg)
9 H* L" G4 G" T为什么?如何理解? 或者说,这两个公式的应用差异在哪?8 ~( b! E: h' L6 e8 o

" ~) q  j( z* y( j- C' _
# z& n& c. }. z: @7 P& _3 Q+ O) R( Z& K; K
( Z& `8 V. U1 t$ L! j) z5 X8 w$ R) y/ B
+ y, |$ J( g! q6 E

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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
5 l% `3 u9 Z- M' R

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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   _' q+ e9 _3 @" r8 J, U+ W
/ P2 Y$ q' E, t6 x& 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...
9 E; e6 H4 M5 M6 v8 E. |3 j
5 [9 q0 h! H; Q, x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。
$ q9 j) ^+ T. _1 Y1 f7 W# z  f" E
一个理论比较好的SI工程师,有射频微波基础比较好。
" t& k9 e7 e; D0 B2 Y1 _
3 p6 y' n% m+ ?" Z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。, f' o+ m4 I0 F( A7 F: U1 @) N
/ m- v+ E0 y* {; i6 f2 q
(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;1 t) p9 L- p# X3 _

- S+ r# j/ y; ], G: d(2)射频关注稳态,数字关注瞬态。
  u: ~6 O+ t0 m0 D* J
4 v. o: @2 ~6 O(3)射频关注功率,数字关注电压。
/ T$ {+ B3 v, m) H% l5 c9 K/ k8 G4 W9 y/ A3 B) R
(4)射频用LC匹配,数字用电阻匹配。
# G: E' z9 }% \4 [. M. g4 H  p# W: q  d2 Q

/ N" L) I: |. ~9 j2 \2 X, y# E0 M1. 公式1为瞬态的,也就是TDR的原理。电压一次的波形。
" V/ ?# T9 b' N5 }- h( D$ q2.公式2是稳态的,电压第一次,第二次,第N次的波形叠加。
6 v( G8 M# L; P6 h8 v3 s也可以这样说,公式2其实是包含公式1的状态." N0 N9 k$ R6 D! j! V0 Y
: j6 o, Q5 G: ?- K* I9 i. [' j
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。$ f, l! [9 G0 n# z0 M- s

- T! e9 m: K) N1. 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。0 e1 S7 C& p) f! H5 k; H

  ]% b1 ^3 i3 t2 D# B2 T  |- o2.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。
+ C& y- G- c% Q6 t6 S2 {
" V/ _' u( ]: c7 ~9 m8 V0.357V=0.5-0.125
9 H0 @' X$ L, B4 ^% t- X4 W, @) L1 w0 Y8 p5 C6 I4 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。; U& i' U7 m8 R1 m9 @  L% l
( ]9 `7 w. D1 J. R
* Q3 Z0 q" G# A% J, G4 ~! Z

; [. ~: c; h* K% t1 L3.方波信号,你的问题就是这个疑问,为什么m1m2相等?: G4 h0 a" x, k8 S0 @1 m* T

3 V8 d0 O: R4 E$ v$ f/ j3 N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( R) z3 z  o, J! g6 N
9 s' `& ^5 y' Z8 p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。& B8 k8 T1 g2 [8 `( V

5 Y6 `5 V# q( j* f" [1 J ) ]& W! O/ I4 |/ B: B$ w! ~
' |1 ^+ A) U( S, \' B4 z2 U
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:$ q! _; x! @* P5 c/ M' e- z
+ ?& ?' ^8 I$ w: y
$ y8 E8 X; f+ {

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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
. F/ H8 _7 g6 W3 W" ]4 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...
3 Z: a7 u% f9 t8 |$ P9 Q2 z* B5 f. G; @, b$ r+ {* G( |/ {/ }
首先射频和数字电路信号完整性的理 ...

/ g7 ?4 j) u1 ?; Y# k0 V# `5 q非常感谢版主热情、细致的回复与专业的解答
( |' G' [3 c/ T- l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
2 B& P/ l; _) 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...
9 j4 Z+ S9 J3 g8 b
7 z+ J( T/ y: V$ c* J* s, R首先射频和数字电路信号完整性的理 ...

: s( b! @: n0 F; @6 S再请教斑斑一个疑问:( a# {4 v5 P- a5 U* Q% h- a0 O7 _
       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。. g  l0 ^2 n6 L. I8 F( B9 }5 P/ L
        射频关心高频模拟信号,而SI关心高速数字信号1 B+ R- {/ N3 S% i. d
        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
/ N3 F$ W- K/ l1 g8 z) l/ A( t! u* G/ y5 \1 f% h% O& U6 `
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。
; C+ H( d" _3 z. X# N, O# t, X: @5 I
$ J, e; F# [' C- @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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