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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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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   K4 O; U: T4 ^+ a( @5 G
( q5 o* r( M' D2 ^& t2 B0 W; B! P
传输模型结构:
7 M# l& B- R' A0 ^: E$ K# ~9 z              源(Zg) ----》   传输线(Zo)   -----》负载(ZL)
1 m( \/ L. [" C% N  A9 e! Z+ t                 Vs                      Vi                          Vo
( c' b; O4 B& F; Q7 _2 \" e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。
4 }% K% J$ j) v- R$ U
' ^8 w2 S1 ]7 R4 n& q2 f从信号源出发的信号每次进入传输线时,输入电压计算:6 m* c' `* Z7 Z. k* c
信号完整性里面:
9 T9 S5 Z; A; x. m; Q" C1 t       公式1:        Vi= Vs* Zo/(Zo+Zg)        无视传输线后端的情况
- R' u) z- q) a7 R; l微波理论:
0 N5 B! P2 b$ o* \$ s5 N/ s        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
+ A, {& L2 S6 h. X( Y; F: u$ G$ z9 x( i2 P3 d: g; `9 ?( T' v. y
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;
; H, b( z* w, q( \) `1 ^可实际情况是,Vi是按照公式1来计算的!2 t1 i+ D# {) H+ h) G
  仿真结构:         Zg=50 ,  Zo=50(1/4波长传输线)    ,    ZL=30      2 [8 a9 m1 j" n% d7 `' x: G* q& c
  激励信号:         Vi=1V阶跃信号
1 R  [4 L8 v3 m: v' I: h  测试结果:          Zin= Zo^2/30 =83.3     Reflective Ratio = 0.25 = (Zin-Zg)/(Zin+Zg)) ]* w3 q) S3 O1 ^. `! T' _& N$ L
                          可是瞬时电压  Vi=0.5V , 符合 Vs* Zo/(Zo+Zg)  ,并不是 Vs* Zin/(Zin+Zg)
8 ?+ F8 R" P- D( N为什么?如何理解? 或者说,这两个公式的应用差异在哪?
4 |: v! a6 E& \' ~% z  V: c
% b1 T0 ?  T$ V0 R
: {( W: X: ?2 w  E1 N2 ?9 a1 \; {7 U
( I% x- @# w  u+ J5 H+ ^! X

4 ?/ h& d$ p9 ~* x

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 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; h0 m/ T1 P9 E

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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
/ J1 j. p# `0 D, s
# e% ~1 u" o9 }( d4 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...# g" H4 f5 C  i1 W0 F6 P, t

" d4 b0 A& V# I. _! f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。$ y0 b4 e+ }& ^8 T1 }5 k0 D: x
# l3 T) S! I8 T2 j) C, l4 L& V/ y
一个理论比较好的SI工程师,有射频微波基础比较好。
. v7 B. c( ]/ |0 u! d4 H; Q1 i& V( X# i' o
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。
! X+ I7 D5 M. f+ v+ c+ p5 k# I
(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 y- f* U; L, S, e  ?- |# Q/ y4 F* a! _; |7 P
(2)射频关注稳态,数字关注瞬态。
8 j9 u2 X& G! A4 E. o0 v' Y
6 W$ ]+ a, N/ j: V  Y6 j# l(3)射频关注功率,数字关注电压。
2 b5 z2 I+ h- \* Z$ U0 X/ i' X6 d2 Y" v2 C2 \
(4)射频用LC匹配,数字用电阻匹配。
* |7 {! ~+ W, }# l  m7 ~: i% k4 T6 b3 u4 _! y

' w9 `7 j; E& ^, Z! ^8 s1. 公式1为瞬态的,也就是TDR的原理。电压一次的波形。( l$ Y  y# g0 ?4 i  q  m/ r( \3 l& U
2.公式2是稳态的,电压第一次,第二次,第N次的波形叠加。! a: Y# [6 A- V. U
也可以这样说,公式2其实是包含公式1的状态.
  @' Y; f6 T6 \# Q6 ]- o/ h' Q* m, b- k* M9 Q4 s
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 U, H+ H' t8 e. _

) M+ y: _% M+ Y; [3 s1. 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。  g; e# @* j/ L

) S7 I( D7 ]; V2.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。
$ l$ \* |' a1 \" Y2 {* u6 X' _8 i9 Z/ D$ }5 O6 u7 T
0.357V=0.5-0.125
9 j# Q6 f& Z$ m/ B5 y# y# f8 v- ]" X8 p' p+ e# J
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 H( a, Z% e2 f9 A; y  c4 ?9 y: Z! }
: V2 n, ^8 E% Q  R. w2 m 7 I: g+ b4 B+ g% `

6 s) g, |9 ^+ h5 H' h$ |* Y  q5 r3.方波信号,你的问题就是这个疑问,为什么m1m2相等?
; M( A4 I5 }# ]
' }. Z4 a9 ~7 }! a& X# H, ?5 `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,
5 j: r+ O6 m7 d4 P$ S0 }2 X& z: I1 {- q* C  S5 |: R# ?
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 K. [! @9 M* F4 i/ J* O# `# x: h6 o0 T8 w
( u7 m" ?% D8 v, \  A" r9 t, f5 Y

0 [) }; p2 M) N* G7 }( w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:
8 Z$ E; ~# n6 J% T) G- i- o# a; n
% J9 t1 ]$ b1 K8 t% s  v8 x
6 ~- T( ?8 b0 q0 q( F

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 楼主| 发表于 2013-8-20 09:39 | 只看该作者
Xuxingfu 发表于 2013-8-17 11:42
% m" Q9 \. p+ h! `( a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 v' I. N% I4 V& z0 [" P0 m7 @$ a1 L
首先射频和数字电路信号完整性的理 ...
7 s) p4 Y/ \& V: F; F
非常感谢版主热情、细致的回复与专业的解答' \1 p' i# B/ ?' i6 i( H7 \" W& L$ 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* b- `4 R5 ?: Y% m" H
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...
" u, r- E% T) G( r- ~( M
( h) G& D# v( G$ ^首先射频和数字电路信号完整性的理 ...
' v& l3 T' G& l+ }2 ^
再请教斑斑一个疑问:
: Y3 f! [2 f5 W' C, q5 `       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。
& J8 x; N! t' n! K7 Z$ O5 N  k        射频关心高频模拟信号,而SI关心高速数字信号
" v/ k* m1 |* o" t        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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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 1 A' s0 P. |! K" b

, m, m5 F: ]. U* m0 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。
+ P- m, H  c8 L# y& s# S; ~% y6 e' z! X) L8 B  T0 A+ j% Y+ {
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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