[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

* j  x* Z$ o, W9 J' z2 T
传输模型结构：
# g) R, @7 U' C/ {8 q7 K              源(Zg) ----》   传输线(Zo)   -----》负载(ZL)
0 c, G. N# G+ @  f                 Vs                      Vi                          Vo
. z9 T  W- g7 g- ~1 J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。
/ x( u6 s" l" u% w+ u3 z
& Z5 B$ W/ v) n3 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：
       公式1：        Vi= Vs* Zo/(Zo+Zg)        无视传输线后端的情况
- Z! B8 x2 w& a- n* {- K$ D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；
# U/ Y, e+ Q3 ^, H6 k8 A- C( r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      
) `0 u& s2 M5 R  I$ A  激励信号：         Vi=1V阶跃信号
  测试结果：          Zin= Zo^2/30 =83.3     Reflective Ratio = 0.25 = (Zin-Zg)/(Zin+Zg)
                          可是瞬时电压  Vi=0.5V ， 符合 Vs* Zo/(Zo+Zg)  ，并不是 Vs* Zin/(Zin+Zg)
为什么？如何理解？ 或者说，这两个公式的应用差异在哪？



& Z5 B+ T) C" X* R

fishplj2000

请见不同输入信号下，Vi的输出，用ADS仿真

Xuxingfu

5 X7 ?# B# k& ]: o" q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。
( a3 D% z8 J) @" r( O; d9 E
  T, ]' Z3 t2 I$ K& T( G' O6 ?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；

（2）射频关注稳态，数字关注瞬态。
: g" L$ q& f6 j8 y9 R4 [
8 W* s# ~( k' q+ j$ ?6 X（3）射频关注功率，数字关注电压。
& R' P: f* n7 m
% W! Q& A# J: p1 y% G（4）射频用LC匹配，数字用电阻匹配。
# d) G1 r8 s/ W. T5 W: L( q. A2 w

1. 公式1为瞬态的，也就是TDR的原理。电压一次的波形。
& `+ V) _8 U2 A, z: p, N; ], L2.公式2是稳态的，电压第一次，第二次，第N次的波形叠加。
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。
( E3 m! u) _) [9 ^7 L/ x  v3 S
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。
7 T3 X2 C0 v) T' e8 T, \$ M0 A/ p0 h( i
/ p5 D% S/ w/ k7 N1 b0 o# z2.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。
! |9 h3 e" `% ]+ M5 O6 M! i  w7 l
2 p& j3 T& N2 y; u8 c5 I0.357V=0.5-0.125
& o7 N$ ~7 T9 n# u4 U# }
% x! c- M; `4 X! y6 _$ K# w+ G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。
5 O# V' [* O$ j1 I


3.方波信号，你的问题就是这个疑问，为什么m1m2相等？

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，
  v: g( G# k& r3 R4 y
3 p) j* a, D) A8 q* o* s0 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。



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：
7 a0 e& V& V- `6 ]% ]1 m
" y1 @. r8 X5 m2 x& t- J) q$ e3 o

fishplj2000

Xuxingfu 发表于 2013-8-17 11:42
. N5 r3 {! Q6 C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# `, M0 J9 ~1 B8 q
0 z* }2 ^" K0 J% O) W5 E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:}

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...

首先射频和数字电路信号完整性的理 ...

( ]: `) F  K$ n6 B* r, b/ c" w4 S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。
        射频关心高频模拟信号，而SI关心高速数字信号
! H$ X5 m$ E+ l& E. G2 q        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

! k7 e+ A. s! K0 q' A" b9 ~* O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。
+ l" t0 O$ F  ^+ D+ |6 q
: L- D- Y2 q6 H) L( P+ ~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。