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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
2 X0 Q+ U( ^3 S4 e
& ]% x) t7 L& x! I: E! F# l+ n传输模型结构:
. e0 w( I: g5 i+ f/ ^1 I              源(Zg) ----》   传输线(Zo)   -----》负载(ZL)& `" ~1 d8 J, F4 `$ ~) E
                 Vs                      Vi                          Vo$ j: }+ J$ k  Q$ _! ^0 f
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。
. N* o; S/ t, |% N4 i2 ?0 O6 Z9 K% m1 C" q$ N' S# h. D& {- j
从信号源出发的信号每次进入传输线时,输入电压计算:
! Y* L4 K" F- D' V信号完整性里面:8 }/ ~* c+ T! d0 `5 J5 a: D
       公式1:        Vi= Vs* Zo/(Zo+Zg)        无视传输线后端的情况
8 C: c$ v/ u  N微波理论:
1 U8 v- y! i# Z4 f" H! {        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
' G4 x) F4 e( ]" _) h0 [" c% i3 a+ z6 y1 Y" C7 F  H
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;
) w" L( p6 h% u( Y  O可实际情况是,Vi是按照公式1来计算的!3 k, E3 c7 i% s% d/ o1 F4 E
  仿真结构:         Zg=50 ,  Zo=50(1/4波长传输线)    ,    ZL=30        b5 J3 z& C! n% j3 P- j2 {. n
  激励信号:         Vi=1V阶跃信号( N; m: N: s/ B
  测试结果:          Zin= Zo^2/30 =83.3     Reflective Ratio = 0.25 = (Zin-Zg)/(Zin+Zg)/ C+ F* e  |8 |+ o
                          可是瞬时电压  Vi=0.5V , 符合 Vs* Zo/(Zo+Zg)  ,并不是 Vs* Zin/(Zin+Zg)
* c  G( G8 |+ R/ F0 B为什么?如何理解? 或者说,这两个公式的应用差异在哪?2 a) D% h' J9 ~- y# ~) M

' g- T& ^  J, x; u' \2 s' x, c & }$ @4 v& C& U1 o+ @4 U

6 _2 {% _8 y. c8 s
# Z* i1 X- X* l5 A7 b/ T0 @, @
6 k9 B8 i# N# a' T1 V

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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 z( [3 e1 }$ G3 P

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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 : z% d9 S: Y2 b# ]: c( w$ N0 b

$ m: J" S* n% m6 [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...0 m9 I) v9 u+ y9 F2 @

! o2 Y- {; q+ G! n/ [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。
% e, {. g7 D/ z: m+ D( u; R  a/ q
% a! D/ @# o# M/ J一个理论比较好的SI工程师,有射频微波基础比较好。5 |/ z9 G' V+ j5 N* P% E- L

( l9 [* p7 J/ C2 u# J$ w" I0 [0 ^4 w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。8 W$ U2 F; C( F) W3 r' M
- c( a! ~' _) e% E
(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;
* Q6 \; ?7 i% `4 z3 Q6 \7 @% F& r9 t( E- ~* Q
(2)射频关注稳态,数字关注瞬态。
9 j: o! M" K. G  E' k5 O9 ]4 w0 q, O- v& f' q9 g/ \
(3)射频关注功率,数字关注电压。
* s% L! p5 S9 y- \% ?5 f, D. O( T# \2 b7 m
(4)射频用LC匹配,数字用电阻匹配。
3 n9 t, `- Q$ D) Z' g4 H7 j$ L7 U0 ]. U6 U! R5 q8 e5 \0 P  e$ F
$ C% m( c9 C- C
1. 公式1为瞬态的,也就是TDR的原理。电压一次的波形。8 I2 R$ _( m2 A2 A4 q& 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。. L9 B0 e. v6 H
也可以这样说,公式2其实是包含公式1的状态.
; J! B1 i- h/ \% Z% [: \: X7 D% D$ Z2 y" U  S0 G
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。
" }5 [; o; t+ e& k: B* G, x& ^0 O6 Q2 p, G- @+ P" h
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。
$ L% p3 G3 {8 U  Q" K: n! H6 l7 l0 F; R7 R
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。* o: M& v$ u. h: P8 r$ y8 N5 D1 L* z
7 l3 I* J$ H- ~2 @  m7 u3 C# M
0.357V=0.5-0.125
  T6 ?! e! P/ Z' ]" y2 M, g- |6 K
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。
" ]* z7 q) F0 X, U7 E" R9 G# J$ H) w5 E4 ~6 p' `; u  w4 a) {

/ B9 O% I# P% D0 x9 W
# _; q& @, y5 S# N3.方波信号,你的问题就是这个疑问,为什么m1m2相等?
) a! z: I3 [1 \! r
9 M, q: m+ x) |9 ?7 K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,
0 e# j8 Y, T3 x! ]
5 o% d# K( C2 R  v( i, F, h0 \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。
. V: y1 `! q$ l! d* i5 B4 q0 ^: }

9 d" L4 ^* y# w) s  E* ]
; d- v8 y2 X4 ^/ G% n1 j( n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:) I$ M. ^  P# G4 X! F
1 s" q" V" N: E
1 L) @2 \/ ^, n4 X( z5 ~2 }, Q8 o

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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
+ }! ^5 y" m* s' h8 V. [4 z. L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...
0 g( w, x. v- x! A# L' I
, U  G' t( u3 y- {& R首先射频和数字电路信号完整性的理 ...
( I9 J+ s% i& s' B! v8 l* z. U( [
非常感谢版主热情、细致的回复与专业的解答" n% A4 t5 v6 i2 ]  N/ F
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: i' a6 F% V+ n+ ?
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' s4 R5 z* L3 j7 R6 R
# U% [  Y! X' k/ U* m7 j6 A( L) |
首先射频和数字电路信号完整性的理 ...

: F+ q) l, @/ o0 U再请教斑斑一个疑问:
. D& v0 ]/ |. F# l# 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。5 ~1 o$ d4 L, b& E# r# {
        射频关心高频模拟信号,而SI关心高速数字信号
. K* w& f( R8 h1 s        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
+ Y" X! q4 `& l: ^
& p7 L% _, H) B3 ]2 r1 B  P: d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。' `7 @1 q1 K0 R/ w' |

0 B: |% P: R3 U6 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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