[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

传输模型结构：
              源(Zg) ----》   传输线(Zo)   -----》负载(ZL)
. a- ]+ y6 ]0 Y: Z                 Vs                      Vi                          Vo
3 T3 f% n) @. }) m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。

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：
0 A* T. a/ u9 G% v, |& ~- i       公式1：        Vi= Vs* Zo/(Zo+Zg)        无视传输线后端的情况
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
4 L( I9 A* Z" D4 [  E
8 K- e0 i4 c3 m9 P2 Z. ~3 {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；
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
# _+ f, }9 p4 e& ?  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？

# o' J0 H% T8 o3 s$ [

/ n- v0 K3 _4 Q- _/ i" J/ E: N
& b2 q# _8 T. ]2 h. _
- I8 a3 Z( A  G5 q! ]  {+ j

fishplj2000

请见不同输入信号下，Vi的输出，用ADS仿真

Xuxingfu

( @: I6 V3 r% |' x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...
# \1 T( i3 z# H) J$ [- T" t
) I) _2 U7 x& u: J3 A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。
% v5 t' s5 z7 M
6 W4 Q4 J+ }, H# C" N, V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。

9 f0 C  J: k. H# z0 y（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；
# e! o6 A- }  O3 F% m$ S
（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。

* u  U* y3 S! x9 o% X（4）射频用LC匹配，数字用电阻匹配。


& A. f7 _4 l7 M  i+ e" r1. 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.
( S* s) _9 K9 i; F+ D! w* I
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。
/ ^3 W) o% E5 [6 x/ T
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。
2 @$ h& G$ E0 f' H6 ?
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。
7 L9 c& M' a1 |$ K
0.357V=0.5-0.125

! G. ^  I. L: m/ W1 q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。


) F/ L+ U$ {/ `9 Z" ?* {
+ y& }! w; b2 x% r  ]( \. H3.方波信号，你的问题就是这个疑问，为什么m1m2相等？
2 h$ A- z% [( m! C6 [
; a$ j. k4 F. q% Z$ A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，

7 f, S, t" k: [* o% M5 W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。
. i/ l6 Z- Y3 v5 n- O

8 Q, `6 I/ O9 f( M
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：

# ]$ `# \, T3 }$ m: p& A

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...

  b# y8 R" z+ n4 _8 G0 q3 ^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
: c& B+ O( j2 q$ `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
4 H0 K  S; a) w4 _  @+ X6 y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 ...

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。
. Y/ h6 G, w- p1 c6 @+ X  M        射频关心高频模拟信号，而SI关心高速数字信号
( f% j: [+ l+ I$ l& s' Z$ g( b) e        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

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$ Y) t! M  I: T4 D: M* D8 `
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。