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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
9 r9 f+ h9 p4 B' V4 p, _1 G, B% z. J6 m" ^! }6 S3 d" D7 ?) W% r
传输模型结构:
% ~  `' m& K, V; R0 C, X0 l              源(Zg) ----》   传输线(Zo)   -----》负载(ZL)2 z& H( ?6 ?$ I9 S3 U
                 Vs                      Vi                          Vo
$ z, r. l2 J, [5 y3 g* u. ^7 ^4 p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。
$ l( P$ W& R2 z: b1 T) N3 t0 B" z
" ]8 N8 X# G. \从信号源出发的信号每次进入传输线时,输入电压计算:* [1 o; A1 F( l5 f. W# Z: m0 K
信号完整性里面:
$ V* L% f! T. _' \       公式1:        Vi= Vs* Zo/(Zo+Zg)        无视传输线后端的情况
# a& y4 ?: W( F: C- ?. r- A, e% i) c6 h微波理论:( f$ k  s1 R) o6 J' 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3 S% s1 O! y6 w( {. _$ `' h
1 W, c* K* _( O0 B9 J
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;; {# U& K, A% b0 o2 T
可实际情况是,Vi是按照公式1来计算的!
- @) l3 o/ Y! C8 c" f  R/ E9 ]$ _  仿真结构:         Zg=50 ,  Zo=50(1/4波长传输线)    ,    ZL=30      ' k1 a0 h; x+ q
  激励信号:         Vi=1V阶跃信号
' G0 `$ S# g9 W2 t1 v  测试结果:          Zin= Zo^2/30 =83.3     Reflective Ratio = 0.25 = (Zin-Zg)/(Zin+Zg)5 i8 Z0 `. W( y: `; J- F  x
                          可是瞬时电压  Vi=0.5V , 符合 Vs* Zo/(Zo+Zg)  ,并不是 Vs* Zin/(Zin+Zg)8 J9 Q! m; [# d! K
为什么?如何理解? 或者说,这两个公式的应用差异在哪?
2 s" ?, q# i2 [7 k9 J( Q: M8 v
: @; N! V0 P3 x, g& d 4 L% j4 r( z" R
! _4 a) Y1 W3 [& l6 I& X
8 {  v8 r/ _7 ^( U
! |/ c) s9 o4 D' i

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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
9 Q; _+ }, a" I. }$ b3 R5 X: C) D5 s

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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 $ {3 ^  i! }3 @# F* H
  w( _+ b" J/ g' f; _; S0 ^
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...8 l" m  i+ }4 U7 L% Y* P4 p

- Q4 F1 v2 q' a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。! z# X- ~. {/ o5 ?; h, n* b8 h" t. \
0 V! O+ t6 n% j; a' O" ]
一个理论比较好的SI工程师,有射频微波基础比较好。
  E$ B7 L- `& X0 l
+ f! ^5 L, [( ]9 B0 J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。% g3 K7 \* I; u- z

2 p# c/ B1 P* R$ R(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;  i: b5 K- d5 w! z
; X; @' \3 g& J+ d9 p, N  `; z: Q8 g6 J
(2)射频关注稳态,数字关注瞬态。
/ V* A3 a5 V  v
$ J! }5 u) q) N8 X(3)射频关注功率,数字关注电压。
- L, T+ s: O/ g+ G! [; I
- y- ?1 l4 \" i/ [! k* ](4)射频用LC匹配,数字用电阻匹配。
5 O7 O! l$ C  O/ B, b
0 ~' W9 }0 n5 d0 ?9 b$ F4 |8 i" L* m; U8 w! U
1. 公式1为瞬态的,也就是TDR的原理。电压一次的波形。  P: m" `  R( ?% R# n) X" `$ K
2.公式2是稳态的,电压第一次,第二次,第N次的波形叠加。) w* R2 C( @7 q3 Z5 I. E
也可以这样说,公式2其实是包含公式1的状态.( o" I! d( o% p$ c1 u0 ~
. t! n8 ^9 i0 i" O) N
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。" q) F3 P- a- p7 J1 G& F# Y+ o) R

4 R  `" P5 [$ P! o8 O: S1. 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。* V9 S. C( g  G- R1 |! l, `3 o6 L
2 i- r! n7 x9 h7 X+ T
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。+ _/ Y( s& d8 W# t# C
9 n" F0 g: X9 X6 s! p; ?' d
0.357V=0.5-0.125  O) l% ^- n! O: D& n; M! d6 a
" T. |# s5 n. n. B# n9 C7 ?
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。# G$ F- [6 R3 K0 y

, p4 z6 \1 {6 R# x 6 G7 P* F5 N) K; J' z+ B0 Q  m

7 t% T' q7 B9 j6 w' @7 {; {" Y6 k3.方波信号,你的问题就是这个疑问,为什么m1m2相等?
; h! [3 w" ^6 s* t$ @: W8 d. j
( U9 S, J8 o' z. i/ D2 s) j7 Y6 ]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,
" @- D# }0 h, W/ v# i# v0 y* N& G% H9 W" i  h- i
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。
) a  W; f8 |) p+ Q1 R: H3 P5 Q, m+ y  f$ q7 T- @

5 C8 Y) _, d5 r
9 W" s1 t/ G9 }8 g3 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:0 a3 J7 A  }0 A0 G4 l* z, s% @
; J. A, B6 N5 M) h: @" E6 P" _& T

+ [! `# _6 Y- _* e0 V; z

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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+ N" f1 E  h. b2 m, w8 |" ~
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...7 T' P9 k! T4 Q; k: y/ y. p( q

$ m6 \  }  b- V首先射频和数字电路信号完整性的理 ...
. J! k4 p  L" w# E; Q2 ^
非常感谢版主热情、细致的回复与专业的解答
; f' E) r$ R) N* R. e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
5 l1 Z9 V2 x9 h  i4 I) a& J" ^4 O, 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...5 V2 H& M# z4 i; H+ [- `$ m

4 v* G  e( H* S( L6 I0 ?首先射频和数字电路信号完整性的理 ...
" J) I+ O0 i0 w) g; u. c9 e
再请教斑斑一个疑问:  O: Y& |! @: v! m
       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 _8 S$ R% u- h9 p- J
        射频关心高频模拟信号,而SI关心高速数字信号) |) O1 @! b9 X6 V$ z
        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
) n) b2 c* b7 P. U  b/ A8 L  J! E" I2 c5 ]5 }
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 i! l8 L: B! G7 m6 D) B0 _9 w) n: Q  o8 t( }& b' i! 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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