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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
8 @3 y9 h: D3 Q( w$ h
) z2 ]' P2 t9 ~7 y* }传输模型结构:4 c+ ]7 c4 v, o' l4 z0 |5 B8 o# B" f( x
              源(Zg) ----》   传输线(Zo)   -----》负载(ZL)
; q/ T7 ]7 N- M( v& |% R+ F                 Vs                      Vi                          Vo
# N5 M5 G. S" N. c+ i1 \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。& ]. m# M" v4 U1 e

/ T4 b  G. v( V1 Y4 J, H- y1 N0 A) m从信号源出发的信号每次进入传输线时,输入电压计算:2 z6 W+ \7 I& \( g  Q' F  b
信号完整性里面:
# @5 h  Z+ j4 V# W7 O4 b$ X' D       公式1:        Vi= Vs* Zo/(Zo+Zg)        无视传输线后端的情况
; k; I. d/ ]  T" I7 n微波理论:% x0 ]$ ]2 r( ]6 C. y1 y
        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+ _& I# A$ z4 d# ], u6 N. }
! ?. u+ B1 M' b! W. u# ~5 ~
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;
, Z; B+ b- I, n1 r可实际情况是,Vi是按照公式1来计算的!: w. @( \5 B/ K6 w5 g
  仿真结构:         Zg=50 ,  Zo=50(1/4波长传输线)    ,    ZL=30      
( a, `  j9 E2 ~& f8 e8 A+ V  激励信号:         Vi=1V阶跃信号
0 Q) U# Z9 C7 g9 u+ ^" |( Z: Q; A  测试结果:          Zin= Zo^2/30 =83.3     Reflective Ratio = 0.25 = (Zin-Zg)/(Zin+Zg)
( p  U; D1 W' [2 J: @2 ^5 j- y                          可是瞬时电压  Vi=0.5V , 符合 Vs* Zo/(Zo+Zg)  ,并不是 Vs* Zin/(Zin+Zg)
2 z. g2 t; g# b2 N4 p" d为什么?如何理解? 或者说,这两个公式的应用差异在哪?& q& y8 C# @, B9 ^+ }/ v

( e2 o4 J5 P5 G# }4 t
3 _1 @8 T1 v- }- n9 }+ i# N7 r0 B3 D% q3 y0 {6 `$ m8 j; i' F* J

7 e% Y! ~1 W. ]+ X
0 @+ V5 D8 o7 u: m/ s

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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: U3 g, T* @9 `1 c, n* B

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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
9 g* E5 P. J& G
  v* ~: e1 @/ Z' M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...
" \" E/ g$ o. D0 n) t
$ c9 X4 y# ]( P( T4 P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。
  o* S( C& S( _% O) J
& |: |" a, A& t1 u6 J一个理论比较好的SI工程师,有射频微波基础比较好。" T+ ?0 T8 s* S9 \2 z
7 c; n9 p6 k3 }6 F' t
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 d* q4 J8 O: P' O! v
6 S$ |# _" W& ]5 V4 o(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;
/ M2 ?. Q. n+ `7 {/ T% c- _9 I. s
(2)射频关注稳态,数字关注瞬态。
6 p/ Y% i5 }7 V& T" j# D  ?. X  _; J+ D  V7 X; H
(3)射频关注功率,数字关注电压。  R7 j1 u: Z6 H, ?9 _
1 e$ Q+ l0 W' ^( a. M
(4)射频用LC匹配,数字用电阻匹配。5 l9 e8 w* z4 P) f$ w: Y
/ s: n% E+ {( g7 @' k% d7 Y
2 h! l  u% v! U9 R; `
1. 公式1为瞬态的,也就是TDR的原理。电压一次的波形。: [* \2 C2 s3 @8 ?; W* V$ C. }
2.公式2是稳态的,电压第一次,第二次,第N次的波形叠加。
+ v6 l, Q8 Z0 c! i+ d也可以这样说,公式2其实是包含公式1的状态.6 W, m) Q8 P& d$ d' M& X$ }

3 l/ m' J5 ]3 G1 z) j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。
8 ]& Q6 I& K! a# q
  ]  b( b/ \8 [2 x; Y  @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。! s3 x; J7 V7 T. k" J, J& \

# z+ p; {  c% T8 i2.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。
5 c3 K4 M) F/ H3 q9 F. I  H" G$ G) K: W+ g
0.357V=0.5-0.1255 Z6 E, m- j. T
. H( o, A+ i: T, N
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。
- |6 h; j1 e, |0 ~
* C2 H. Q4 _% ~( j
4 ]3 s! Y( _3 U" P4 ~" l  \5 i1 B: n  M* b
3.方波信号,你的问题就是这个疑问,为什么m1m2相等?6 E' L' P3 O) B

/ a; s" |" r! B1 _' K/ K/ y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,+ c; x- c1 c' \  n( M: v' L4 }8 U
0 @  y4 M, ?1 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。4 Y% t6 u. N) X$ K! U2 F

4 F! M  ]+ z( l* n+ D0 Q8 x9 L
' Z. S9 q3 k7 j/ ]' h/ V5 `) x) H9 U( l5 ]- o6 s! l' l
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:
" `! U' D$ R4 c- k. c3 N( _& w% p; r+ t) ]4 _% A( s4 [8 o* G

( Q& a' l/ h" E

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4#
 楼主| 发表于 2013-8-20 09:39 | 只看该作者
Xuxingfu 发表于 2013-8-17 11:42
# K+ ]( D1 k4 w: F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...2 Q* A! y2 n: b9 r" N4 p
* v1 ]$ b; r8 Y5 E* J+ `
首先射频和数字电路信号完整性的理 ...

% X3 K5 w6 p: K/ @非常感谢版主热情、细致的回复与专业的解答3 l3 d- \5 V! W& `# 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
9 O& f+ j$ e! ^$ Q& U/ o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 Z, q/ p3 r5 y5 ]) _+ U( w
- m2 v: }9 G/ m  M3 J首先射频和数字电路信号完整性的理 ...
( e' `3 e/ n3 v9 [7 n
再请教斑斑一个疑问:
5 V2 `8 J, Z7 e; _" V7 d       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。
$ U. Y# b0 [7 G' Q2 X        射频关心高频模拟信号,而SI关心高速数字信号; M, n4 k8 Y5 v( f# ]% j
        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 $ K( B. J9 q8 |- `' A: x
5 v& @5 U: w  I8 r, l: s9 J
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。& L8 ^; U% x' G" C0 O1 i' p

/ G' _2 q$ U4 d: B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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