[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？

fishplj2000

0 v4 D3 G4 R; b( b6 A
传输模型结构：
              源(Zg) ----》   传输线(Zo)   -----》负载(ZL)
  B: P! D( m/ b: ^3 c' t; K                 Vs                      Vi                          Vo
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。
. G+ U9 D6 A! M) Z0 i
从信号源出发的信号每次进入传输线时，输入电压计算：
信号完整性里面：
! P4 L6 b7 e0 F# H+ v) V: W0 l       公式1：        Vi= Vs* Zo/(Zo+Zg)        无视传输线后端的情况
/ _0 |0 B, h: j( l$ o% i: `/ A, g4 Z  P微波理论：
        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

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；
可实际情况是，Vi是按照公式1来计算的！
  仿真结构：         Zg=50 ，  Zo=50(1/4波长传输线)    ,    ZL=30      
( X0 V; |6 g# w+ B7 Q) D  激励信号：         Vi=1V阶跃信号
* L5 ?. P- v+ A' p$ `  测试结果：          Zin= Zo^2/30 =83.3     Reflective Ratio = 0.25 = (Zin-Zg)/(Zin+Zg)
- P- n! q( a; f# |! @                          可是瞬时电压  Vi=0.5V ， 符合 Vs* Zo/(Zo+Zg)  ，并不是 Vs* Zin/(Zin+Zg)
& c/ m, L* C: J# f% ^5 @为什么？如何理解？ 或者说，这两个公式的应用差异在哪？
: s7 `; E! p; M0 G# b) ]( y) ]

' d! N0 f- p0 r% y" ^

( X. \4 M1 b. {+ j! d! T: o+ p

Xuxingfu

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。
  K2 m) e+ V! J5 q- o, j+ S6 O# \
3 d4 _: n0 _& {. O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。

fishplj2000

Xuxingfu 发表于 2013-8-17 11:42
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...
/ }; B4 e% C) s, ^1 {
; Q# E* o/ x+ S5 {+ O首先射频和数字电路信号完整性的理 ...

再请教斑斑一个疑问：
% J6 [. G: z) Z, U/ ^       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。
        射频关心高频模拟信号，而SI关心高速数字信号
/ `! t* a1 C0 _. o- M; ~, E" \        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

fishplj2000

Xuxingfu 发表于 2013-8-17 11:42
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 |3 a  k2 ?2 h2 p3 y) m: H3 H
首先射频和数字电路信号完整性的理 ...

非常感谢版主热情、细致的回复与专业的解答
版主真是太好了，{:soso_e179:} 超赞一个{:soso_e113:}

Xuxingfu

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...

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。

一个理论比较好的SI工程师，有射频微波基础比较好。

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。

（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；
' c- P3 |* O3 C. Q/ T. ]
（2）射频关注稳态，数字关注瞬态。
9 `" ~; X  q* q
（3）射频关注功率，数字关注电压。
  u5 P/ m+ n, Y/ Y" H" g' S
) g( D/ H8 x2 S, C+ H（4）射频用LC匹配，数字用电阻匹配。

( r" u2 `) u$ D" g0 u: v0 E( x5 L
1. 公式1为瞬态的，也就是TDR的原理。电压一次的波形。
) M$ @4 f1 `' O/ ^/ V  b3 k5 R3 W2 n2.公式2是稳态的，电压第一次，第二次，第N次的波形叠加。
6 C/ s9 W) m; k+ B, S' @& f0 f- A也可以这样说，公式2其实是包含公式1的状态.

0 @8 v0 [5 Y1 J) p# ^; 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。
& H0 _! w! w7 k( T' A& v3 u. f
  Y0 \0 K) I& T& W/ L- L: v1. 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。

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。
0 t3 r' C9 X7 \' R% l1 I* d- H' J
0.357V=0.5-0.125
0 v1 A" p* v$ M- @) R  z
' ~, p' [# n4 j9 H% W; y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。

8 m* g' Q. b- u' i/ ~  }( z, U+ T6 t
% x) _; C/ F9 m$ H8 m  _& Q
3.方波信号，你的问题就是这个疑问，为什么m1m2相等？

- A, E/ @, Z4 _5 m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，

" a$ w5 E' v  i/ ]5 y, g7 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。


8 ?( J0 t% f- W  G' ?
8 ^: w4 o- C& I- 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：


% t" c6 u6 z' _! v' y* ^+ o

fishplj2000

请见不同输入信号下，Vi的输出，用ADS仿真