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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
. @$ x* Y$ f- p8 ~" q2 x: [
" J. `1 j1 W: H. c& E7 H传输模型结构:; Z2 Y# `7 X/ {- o3 h+ R: F
              源(Zg) ----》   传输线(Zo)   -----》负载(ZL)
; w* b! ?7 R4 ^& l" I* d5 s                 Vs                      Vi                          Vo
( y- y2 g6 j5 H4 U" t8 a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。2 e5 @1 g2 R0 x8 I) b
' r& f0 A+ {3 p- }3 o" B% s
从信号源出发的信号每次进入传输线时,输入电压计算:% G6 ~5 o( E) q% G$ Q
信号完整性里面:
3 Z: O+ u- V- p* r( ~       公式1:        Vi= Vs* Zo/(Zo+Zg)        无视传输线后端的情况
9 ^# C3 m# F1 r. q# {+ v微波理论:
0 P& H! h- m7 g/ r) M5 X        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
  y) _, B/ M, H* N) H& n1 [' A; C" g$ |  z
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;
" T& x0 F7 V  O9 f- M可实际情况是,Vi是按照公式1来计算的!+ w+ R3 o0 o$ d8 l3 d" |1 u
  仿真结构:         Zg=50 ,  Zo=50(1/4波长传输线)    ,    ZL=30      * Z3 p4 N. K# X; S! _5 q) H
  激励信号:         Vi=1V阶跃信号
! D  s3 M6 H2 g5 T; r  测试结果:          Zin= Zo^2/30 =83.3     Reflective Ratio = 0.25 = (Zin-Zg)/(Zin+Zg)( |, d' l/ V+ a% z: _( Q
                          可是瞬时电压  Vi=0.5V , 符合 Vs* Zo/(Zo+Zg)  ,并不是 Vs* Zin/(Zin+Zg)
! k  Z1 @% N( `! z为什么?如何理解? 或者说,这两个公式的应用差异在哪?2 Z8 V9 {; u+ r+ D& J) z
. I% ?2 }3 A. H9 A) e3 x

/ @8 C. Q, I& n( m, b7 ?4 E$ j6 p6 c7 w' v

( T* l3 r4 P' _  u9 x2 a7 Z# H' ^# T0 R9 _2 t' `( f

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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6 @+ B' i7 m7 c( g

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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
. B( v, [0 O' L" L: i3 Q! Y
! d! ^4 t" s$ W3 V- b: 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...
  z- l6 l% x0 t
! [9 S% L' R' I$ R: n; n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 }/ L; j& c: C' T. C6 G
8 I, n) j1 F1 ]5 z
一个理论比较好的SI工程师,有射频微波基础比较好。
/ H+ D1 ^2 L, o2 a+ `, `( d0 F# C# ?# d, c4 G
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。
: B8 q! n) x  }- W$ Z
9 O' L' b* g' d: \6 s7 Q$ r7 t(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;
0 W$ {8 z; E* ?& G/ X  o- B* n
  F* _, q' |/ f(2)射频关注稳态,数字关注瞬态。
! M" R; x( P; H' J( X5 x4 W+ j5 G3 |* G* v- T/ R
(3)射频关注功率,数字关注电压。
% B  |2 ^2 f$ n* V* u- P
4 L7 R9 ]2 ^5 i0 V& j(4)射频用LC匹配,数字用电阻匹配。8 Z5 J0 T; Q$ ]7 i  b1 }$ I- l5 Z% ?
) H5 b+ a: }2 h% i3 E9 u+ ]4 A( K& D+ V

3 d1 }* X: [+ F3 q" U$ ?1. 公式1为瞬态的,也就是TDR的原理。电压一次的波形。6 a5 `) T9 L4 R! V8 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。
8 ~8 g2 Q. R: T1 R也可以这样说,公式2其实是包含公式1的状态.* K0 G! c) H0 D
/ c+ F' `0 }( n7 p$ Y
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。
* S; ^# e  n* \2 R# h/ L$ ^: M5 F+ f) h2 C3 F; O# l
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。
. u# d4 S& y/ p0 |) h& E3 p' b0 y! E# G& B5 B- i- T# _. J0 S* w
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。: E$ i3 w% r! K' ?  \: P

2 e8 ]5 V4 O5 B9 ?0.357V=0.5-0.125
4 o/ t9 t% |; S9 \! E! A, V- G% s' I. c! x
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 E9 A! E' X# o# f4 z

% ^; ?/ e7 ?' D, e! w8 K. q
/ J# z: M0 Q& s/ k6 v8 Z
, s+ P* x; p6 v& j& N7 ^3.方波信号,你的问题就是这个疑问,为什么m1m2相等?! l! g8 F5 I! ?( b

5 ?9 J& @; K4 }- Q: L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,
9 d1 W$ r* m! C9 R
6 B* {; I1 Q  D/ {: D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。6 a) ~4 h1 O2 J: o9 r
! F5 l2 w  x# k
$ C, [0 Z' \$ I3 l5 c9 A( S/ j* c

. q5 _* b6 C+ m2 b  R  p9 m% W* r% [3 G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:
$ o& I+ T" I( @: i8 k. d; X) }$ S! [& G7 V% K1 N
6 R" F& w; i9 n  c( e1 G; N

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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
- o6 q. F+ ~8 H& t! G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...# }' X& d4 D+ T. ?5 |
2 x4 v6 J, D/ x+ P
首先射频和数字电路信号完整性的理 ...

1 R% {% u% [, U4 i4 k非常感谢版主热情、细致的回复与专业的解答. s* L) y; b! q4 ]  S* G% E
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 11:429 ^7 L/ M& t# }. i* s/ 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...6 S$ n0 C( i+ u- ]/ m

: T# `1 w2 h* B7 p- J. v, k首先射频和数字电路信号完整性的理 ...
  B: E, R1 m% n3 M
再请教斑斑一个疑问:  L7 F/ N/ F7 r' U8 K) b8 m7 t
       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。7 q. Z0 E  v; v- O: G/ V
        射频关心高频模拟信号,而SI关心高速数字信号
5 ]" _( E. R7 w/ s4 T' E! v        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 5 D9 V: t, ]$ `$ c
0 \: _, E  l1 \2 f
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。0 h: I6 f/ e7 {

# i$ T$ W$ `3 Y+ Z% q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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