信号完整性的反射问题

发表于 2014-8-11 11:54

最近在看信号完整性网上找到了和教材一样的PPT
http://wenku.baidu.com/link?url=dV-n5iKBKk7nDG-CrVmpEc63QxcQfFnF86fbVnn_brkFa4195pqPFWWBdgO5uaYjDTXGEnkXx6Raizj9JGsrmRi0vBgihQVHcpXqhPt8J3O
请大家看ppt第28页 8.5节
在下有如下问题求解！
1.入射电压，10R和50R处不是已经有阻抗不连续了吗？那为什么不是 1V*（50-10）/(50+10)???
2.按照书中所说既然入射电压为0.84V，为什么远端趋于稳定后的电压是1V？
3.这节最后总结的第二点，高出的电压即1.68V，不应该是阻抗不连续反射所致的叠加波形么？为什么说是因为LC谐振产生的过压呢？

望各位高手帮忙解惑！

发表于 2014-8-11 12:12

求不沉啊。。。

发表于 2014-8-11 13:55

本帖最后由逗你玩~~~ 于 2014-8-11 13:56 编辑

“1.入射电压，10R和50R处不是已经有阻抗不连续了吗？那为什么不是 1V*（50-10）/(50+10)???”

这是分压，没反射什么事~~~

“2.按照书中所说既然入射电压为0.84V，为什么远端趋于稳定后的电压是1V？”

由于源端存在内阻——即有损耗，最终瞬态的反射现象必然衰减至零，所剩将是稳态1V。

“3.这节最后总结的第二点，高出的电压即1.68V，不应该是阻抗不连续反射所致的叠加波形么？为什么说是因为LC谐振产生的过压呢？”

这里是分布参数传输线内的入反射电磁波的来回“游荡”，说是“LC谐振”只是个集总参数类比（注意原文中说的分布参数LC的振荡）。

发表于 2014-8-11 14:30

逗你玩~~~ 发表于 2014-8-11 13:55
“1.入射电压，10R和50R处不是已经有阻抗不连续了吗？那为什么不是 1V*（50-10）/(50+10)???”

这是分压， ...

多谢回答！
1, 我知道是分压，就是想问哪，10欧和50欧交界处不是阻抗不连续了吗。。为什么在这个点没有产生向源端反射的情况？？
2, 能理解反射最终衰减为0，但文中提到的入射电压0.84难道和传输电压的1V是两个概念吗？

发表于 2014-8-11 14:55

“1, 我知道是分压，就是想问哪，10欧和50欧交界处不是阻抗不连续了吗。。为什么在这个点没有产生向源端反射的情况？？”

说反射，必须得考虑空间维度。这里，源（含内阻）至传输线的入端长度为零——即忽略空间维度，所以不存在反射这个说法。一般情况下，若传输线长度比信号波长短一个数量级以上，则可忽略反射而采用通常的集总电路方法分析。

“2, 能理解反射最终衰减为0，但文中提到的入射电压0.84难道和传输电压的1V是两个概念吗？”

前面我说的是入反射中的瞬态，稳态中也同样存在入反射概念。这里的稳态，可以采用通常的直流分析——即含内组的电压源输出开路。

发表于 2014-8-11 15:13

逗你玩~~~ 发表于 2014-8-11 14:55
“1, 我知道是分压，就是想问哪，10欧和50欧交界处不是阻抗不连续了吗。。为什么在这个点没有产生向源端反 ...

2. 我的理解入射电压0.84V 即0.16V损耗在了内阻上那么1V的最终稳态怎么出来的。。。。。

还有一个问题。。这个材料中以1ns传输线做1ns的分析但是这个输入能量不应该是源源不断的么，也就是连续的，那岂不是旧的反射衰减完了新的反射又该来了嘛。。。。。

还望大侠解惑。。。

发表于 2014-8-11 16:15

“还有一个问题。。这个材料中以1ns传输线做1ns的分析但是这个输入能量不应该是源源不断的么，也就是连续的，那岂不是旧的反射衰减完了新的反射又该来了嘛。。。。。”

课件中的那个“1ns”是指信号从源端至终端所需的延迟时间（若知速度还可求得传输线长），这里的输入源一旦接入后就一直未变（入射波始终是0.84V ），所以说其能量是“源源不断的”。通过反射回到源端，部分损耗在源内阻上，部分回到源内（透射）。当最终电流趋于零，两个方向上的电磁波平衡——即为直流状态。

发表于 2014-8-11 16:25

逗你玩~~~ 发表于 2014-8-11 16:15
“还有一个问题。。这个材料中以1ns传输线做1ns的分析但是这个输入能量不应该是源源不断的么，也就是连续 ...

感谢回复！

当信号（电压）建立时，信号在传输线上存在反射，内阻上压降始终为0.16V+部分反射进内阻电压，传输线上电压为0.84±来回反射的电压，直到衰减多次，透射电压趋于0，导线电流趋于0，系统趋于平衡，开路端即远端电压为源电压1V。

不知道我这么说是否正确？

发表于 2014-8-11 16:35

lbr_gao 发表于 2014-8-11 16:25
感谢回复！

当信号（电压）建立时，信号在传输线上存在反射，内阻上压降始终为0.16V+部分反射进内阻电压 ...

基本如此....

发表于 2014-8-11 18:00

说”分压“是基本概念有错误，是在硬套电路理论的结果。。。。
准确的说是，在传输线的两端，要分别满足基尔霍夫定律的，这是两个重要的边界条件！

从源进入传输线的那端：要满足KVL 关系得 1 = 10 × I + V （I和 V是传输线上t=0时刻的电流波和电压波）
而对于传输线上的电压和电流波，要满足条件 V / I = 50,
综上两式解出 V=50/（10+50），只是数学结果像电路学的”分压“，但是物理概念不同哦，虽然你熟悉了概念后可以像算分压那样直接写出结果。。。。。
很多提到传输线的书本，这里的关键概念都略过了或者不详细！很多人这里的概念其实并没搞懂。。。

同理对于传输线的终端处，也要满足基尔霍夫定律，故在终端会出现反射波，才能满足KVL约束条件。。。分析方法同前面。
而稳态其实是无穷多次瞬态反射的极限值，多次反射会收敛从而达到稳态。

这些都是很重要的基本概念，在电磁场课本里的传输线那章时域分析里讲的比较详细吧。

发表于 2014-8-11 19:03

ohayou 发表于 2014-8-11 18:00
说”分压“是基本概念有错误，是在硬套电路理论的结果。。。。
准确的说是，在传输线的两端，要分别满足基 ...

“说”分压“是基本概念有错误，是在硬套电路理论的结果。。。。
准确的说是，在传输线的两端，要分别满足基尔霍夫定律的，这是两个重要的边界条件！”

基尔霍夫定律乃电路理论。这个“边界条件”，《电磁学》中便有。

注入的入射波为

Ui = Us Z0/(Z0 + Zs)

这个就是“分压”。需注意的是，此时反射波未到源端，传输线呈现的阻抗就是其特征阻抗Z0。

发表于 2014-8-11 19:54

逗你玩~~~ 发表于 2014-8-11 19:03
“说”分压“是基本概念有错误，是在硬套电路理论的结果。。。。
准确的说是，在传输线的两端，要分别满 ...

我觉得我已经写的够详细了，注意：仅在传输线的源端和终端，端口处的电压电流是分别满足集总的约束哦，唯一的尺寸参数仅在于传输线长度，而当只看端口处当然没有空间尺寸，满足基尔霍夫哦。。。。
有反射也是因为要满足基尔霍夫约束的，懒的写了，方法一样。
直接套用电路学分压公式，就错在两种不同概念的阻抗混用。。。数学表达不是目的，基本观念才是重点。
新手更应该注意：在端口处传输线上的电压波和电流波与端口（源或终端）电压电流满足基尔霍夫约束，从而才将波与路相连系起来。这些基础概念很容易搞错。。。。。

发表于 2014-8-11 20:17

ohayou 发表于 2014-8-11 19:54
我觉得我已经写的够详细了，注意：仅在传输线的源端和终端，端口处的电压电流是分别满足集总的约束哦， ...

关于这个，说两点：

一）对于端面（传输线内或端口）上的“电压”和“电流”连续，此源于《电磁学》中的关于电场强度E和磁场强度H（注意，这不是磁感应强度B）在端面上的切向分量连续。这是《电磁学》的所谓“边界条件”，与“基尔霍夫定律”无关。

二）一条传输线上某一点的“电压”和“电流”，一般其比值U/I并不是特征阻抗Z0，只有是单一的行波才是如此。而我前面说的：“此时反射波未到源端，传输线呈现的阻抗就是其特征阻抗Z0。”，就是保证所论述的对象是个行波——即入射波。

相关内容，建议查看《电磁学》和《电磁波》类的书籍。其实，科班出身的话这些基础应该掌握。

发表于 2014-8-11 22:20

逗你玩~~~ 发表于 2014-8-11 20:17
关于这个，说两点：

一）对于端面（传输线内或端口）上的“电压”和“电流”连续，此源于《电磁学》中的 ...

一）虽然是电磁场教科书上最爱用的说法，但也不要因为我换了个说法你就认不出来啊？
因为在SI业界，像LZ这样的实际电路直接关注的是电压电流波形，基尔霍夫的描述更直观实用，直接与电压电流关联。
二）还是每本提到传输线的教科书上都已经清楚描述了的内容，就懒的重复了。。。

发表于 2014-8-11 23:54

看麦克斯韦方程式更直观，基尔霍夫已经分析不了了

发表于 2014-8-12 09:20

ohayou 发表于 2014-8-11 22:20
一）虽然是电磁场教科书上最爱用的说法，但也不要因为我换了个说法你就认不出来啊？
因为在SI业界，像LZ ...

多谢补充！敢问大侠工作多久……

登录 · 发表于 2014-8-12 09:35

本帖最后由 ohayou 于 2014-8-12 10:03 编辑

woshichuanqi 发表于 2014-8-11 23:54
看麦克斯韦方程式更直观，基尔霍夫已经分析不了了

鼠标不好用，画得丑凑活看下。上图省略了源端部分。
图中：
（1）式是传输线中入射电压波和电流波的约束关系
（2）式是对进入传输线中的入射波到达终端负载时，在负载端口界面处（绿色虚线处）应用基尔霍夫关系。

显然当 Z0=RL时，（2）式的等号是满足的，说明这时候没有反射波就能满足基尔霍夫约束关系；

而当Z0不等于RL时，（2）式不能够取等号，即不能满足基尔霍夫在终端的约束关系。
故这时候必须出现反射波才能重新满足基尔霍夫关系。
要推倒反射系数可补充反射电压电流波在传输中的约束关系，然后代入到基尔霍夫约束关系中，代数运算就可。分析方法也一样，这里省略。

采用基尔霍夫描述传输线在源和终端的边界条件，小学生的数学就够用了，简单直观。
说麦克斯韦方程更直观的，你来用场来分析试试看，看能不“更直观”？虽然那些内容是每本电磁场课本上都有的东西，在这个例子中实用价值却很有限，本来就是要分析电压电流，在退化到场没必要。

ohayou · 发表于 2014-8-12 09:37

上述“分压”与入、反射有关。
在路言路，传输线理论、入射、反射定义都是电路的内容。
S参数入射电压的定义是针对最大功率传输条件设立的，即负载与源内阻共轭。对于纯电阻关系来说，入射电压ui等于信号源电压源E的一半，即ui=E/2。反射电压ur也得到相应的定义。这种定义没有频率的限制，即对0频率也是适用的。

举例对比：
设E=1V，源内阻Rs=10，负载RL=50，求RL上电压U。

分压法：
U=E*50/(10+50)=0.83V

反射法：
ui=E/2=0.5V;
负载对源内阻的反射系数 refl=(50-10)/(50+10)=0.67
U=ui(1+refl)=0.5*1.67=0.83V

两者的关系，慢慢品吧。

发表于 2014-8-12 10:25

lbr_gao 发表于 2014-8-12 09:20
多谢补充！敢问大侠工作多久……

不是大侠，也是小菜，最近在学习这方面

发表于 2014-8-12 10:29

本帖最后由逗你玩~~~ 于 2014-8-12 10:44 编辑

ohayou 发表于 2014-8-12 09:35
鼠标不好用，画得丑凑活看下。上图省略了源端部分。
图中：
（1）式是传输线中入射电压波和电流波的约 ...

这里的2式（(V+) = (I+) RL）是欧姆定律，此与基尔霍夫定律没有直接关系。

这里的1式（(V+)/(I+)=Z0）是电磁波的“电路”特性，此更是与基尔霍夫定律没有丝毫关系（有的书中拿“微分”RLC来推导，那已经是非常不专业了）。

此外，传输线上的电流（(I+)-(I-)）必须等于负载RL上的电流IL，那是源于《电磁学》中的那个边界条件（关于这个，几乎任何一本《电磁学》类的教科书中都有论述）。

或许你认为，这里的(I+)-(I-)=IL不就是那什么KCL嘛？不然！

基尔霍夫中的KCL指的是流入“节点”的电流等于流出“节点”的电流，这里是把“节点”看成是一个“实体”而非仅一个“界面”。这意味着，作为实体的“节点”内的净电荷不随时间发生变化，理想是认为其内净电荷为零。“节点”可以定义成“超级节点”（内含电源和理想元件），而对于此类“超级节点”KCL仍然成立。

在含有传输线的“电路”中，会有部分区域采用《电路原理》分析，前提是此区域的“电路”线长远短于信号的波长。此时的传输线两端在“电路”中呈现为一个二端口，其阻抗与传输线的线长、另一段的接入阻抗以及信号波长有关，根本就不能简单地用传输线的特征阻抗替代。

其实，你前面的说法本身就是个概念混淆的例子。这里，“边界条件”并不是由“基尔霍夫定律”得到的，“边界条件”只是给出了传输线和端接电路间的关系。而端接电路如果符合《电路理论》前提的话，“基尔霍夫定律”（即KCL和KVL）才可能得以应用。

[电路/定理] 信号完整性的反射问题

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