[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

6 t$ y. a) K  K$ B- I
& w% C' D! C, y) V/ z) a6 f- s传输模型结构：
# i' o7 n7 O( z& U3 o9 w6 r7 r              源(Zg) ----》   传输线(Zo)   -----》负载(ZL)
4 f# P& z# h7 M2 I- U                 Vs                      Vi                          Vo
) q- Y" K- q' D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。
: f/ F1 E2 @3 g" x
从信号源出发的信号每次进入传输线时，输入电压计算：
0 I6 T1 n! `7 h* @信号完整性里面：
: p- i* t3 ~& l) r       公式1：        Vi= Vs* Zo/(Zo+Zg)        无视传输线后端的情况
  Z; B2 p' P4 j# q; J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
0 S& T6 w! a7 z( Y- c7 U
3 J5 x9 A+ D( {8 h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；
2 U% K: R/ I, M  x1 ~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      
  激励信号：         Vi=1V阶跃信号
% v, U, b! R( u8 `/ C) U  测试结果：          Zin= Zo^2/30 =83.3     Reflective Ratio = 0.25 = (Zin-Zg)/(Zin+Zg)
, l% \7 ^8 v( O4 f% }" k                          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？

0 b* B% K( E/ Y5 T; Z
7 L" o& z! x$ n6 S' e/ w
* W$ |* k- l' P" K) _

fishplj2000

请见不同输入信号下，Vi的输出，用ADS仿真

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...
" M2 q1 w  u) R6 o! E/ Q0 S
9 D8 d  j$ A- P: N7 W1 \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。
6 F& j+ j! O8 z. t9 p6 d9 P
$ V3 {3 d6 h+ n8 c1 q5 m4 L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。

（3）射频关注功率，数字关注电压。
1 [/ V% `3 C. e' I0 H
（4）射频用LC匹配，数字用电阻匹配。
( ^: w# T( m/ L; j' b1 B

1. 公式1为瞬态的，也就是TDR的原理。电压一次的波形。
2.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.
: W6 B  h! t$ k/ w) S7 g$ G
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。
% M! o' a& U* f$ I
3 ~3 t) b6 C8 G9 W# Q1 Q/ x1. 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。

0.357V=0.5-0.125

: e8 J: {. ^# Q, S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 S$ m" a6 r7 d6 r  C
# S: N' Y; ~9 u' t( n; k# w, r
3.方波信号，你的问题就是这个疑问，为什么m1m2相等？

. ?# b" V" J, z* {# [) s( x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，

$ P; q& Y. b2 V9 `' }' @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。
: C' m' ~6 `" [+ o
6 `$ D9 U3 p& U
' ?) z$ y$ e* v5 z) S8 c1 C% A
8 G; U, ?4 C5 C7 c8 x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
- K( S; u# ?( O: w, E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...
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& `* ~/ ~: k, l9 d3 {% _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
0 B, k  O; y  p$ D; \+ h% p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
! K# M, i- K7 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...

9 t1 L% n$ p8 o& O3 k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：
- H' ]  X8 |' D; {3 H# N( I. `       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。
3 {# O6 P  h* J; i% `5 F( V+ M        射频关心高频模拟信号，而SI关心高速数字信号
5 y  l. u0 Z' e" d, c" g) f% w' s        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

1 ^# w8 E# z8 `' J6 K( ?5 [  a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。

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。