[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

4 I* }" @0 R( ?8 y; Q2 ^
6 ?2 w  u5 x/ Z7 X6 P+ g% v9 |% x传输模型结构：
; i. t# x+ W. }              源(Zg) ----》   传输线(Zo)   -----》负载(ZL)
                 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。
6 @  n7 x1 p! M8 }- w. I6 p
从信号源出发的信号每次进入传输线时，输入电压计算：
; H, V# H7 G' o1 v2 `9 O# S信号完整性里面：
! c8 P# p/ ^4 o; y" l% b+ b       公式1：        Vi= Vs* Zo/(Zo+Zg)        无视传输线后端的情况
* d( w' @# i3 ^/ Y! a: }0 N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
; ^& p. l9 I# V; d+ T
! @% @' n* J8 n; v7 u* C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；
1 [; t  T" R. H8 Q: T, ?可实际情况是，Vi是按照公式1来计算的！
5 ?& W5 E. O  K1 j$ s  仿真结构：         Zg=50 ，  Zo=50(1/4波长传输线)    ,    ZL=30      
- W5 I- F/ b( a* W6 P  激励信号：         Vi=1V阶跃信号
# U: k3 V$ [9 o7 S7 z) U3 C  测试结果：          Zin= Zo^2/30 =83.3     Reflective Ratio = 0.25 = (Zin-Zg)/(Zin+Zg)
7 P8 t+ ^/ A- O' \; E. e                          可是瞬时电压  Vi=0.5V ， 符合 Vs* Zo/(Zo+Zg)  ，并不是 Vs* Zin/(Zin+Zg)
/ u+ w4 A5 Y* O. J! d: n# M  {为什么？如何理解？ 或者说，这两个公式的应用差异在哪？



9 P0 }3 ]; B8 ~, q
. g% P) Z6 w7 |) F% E4 U
: ?. p: b! d5 ~- E& e- e

fishplj2000

请见不同输入信号下，Vi的输出，用ADS仿真
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Xuxingfu

7 Q/ W6 T2 p) d* Z+ }* ^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...
. ]/ z# [$ W2 A2 C- N6 h
. |- J5 C) y5 ~6 z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。
) m7 l) l) B0 q& u1 ~$ E3 c) W% `
! D/ K2 j; ]8 c# \, ?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；

6 Z9 m' ^- I2 y$ |% T（2）射频关注稳态，数字关注瞬态。
1 l2 p8 }" ]8 h& ^* y. o
（3）射频关注功率，数字关注电压。
3 K3 g+ {1 d: m4 t
（4）射频用LC匹配，数字用电阻匹配。

4 `/ V. v5 a. M0 }! s8 |; l9 ?
, ]8 ?8 l( R! a- G3 x1 b* q% c1. 公式1为瞬态的，也就是TDR的原理。电压一次的波形。
) O) [) l; M1 V3 m& r- h2.公式2是稳态的，电压第一次，第二次，第N次的波形叠加。
( u4 N* L# k( t. j+ x# K也可以这样说，公式2其实是包含公式1的状态.

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。

1 g2 X, q* Q+ X) f$ n$ E9 J1. 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。
. i, Y  r6 r3 G( 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。
& e9 y0 A, D/ e6 w
2 K# H) b3 d; @$ p& ~0.357V=0.5-0.125
' u( ~: x: X5 i- d/ A: P
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。


4 v' Z( `3 n' y6 o0 D8 ]
3 U. J9 Q0 H6 y3.方波信号，你的问题就是这个疑问，为什么m1m2相等？

# Y: c, l' q( `9 \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，

2 J! C& f1 c; k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。

" }" ^- l9 \4 z* l0 i4 [" f
) ]: b4 B% K* O- f$ s- r6 @2 U5 @9 C
1 T0 O- h7 f* f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：

fishplj2000

Xuxingfu 发表于 2013-8-17 11:42
* {( d% A! D9 n9 R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 ...

$ F0 [" J7 _* M! J; D! n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:}

fishplj2000

Xuxingfu 发表于 2013-8-17 11:42
+ p6 X1 q& Z; \$ q) I; ]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 H  D% g: o4 e! [+ [' e  w/ t
7 ]& d) X- w  \( e6 L* A5 u# M6 M首先射频和数字电路信号完整性的理 ...

! g5 L0 r5 u1 l! K% `: m$ b+ D再请教斑斑一个疑问：
       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。
: y6 `8 ]- h1 B" D! f        射频关心高频模拟信号，而SI关心高速数字信号
: }1 N$ ^- s. a        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

Xuxingfu

# J) g7 U* o( t$ I) D+ L
5 W$ ]7 L- z# o0 P7 n* L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。

0 p" c" l1 _1 y+ j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。