傳輸線上的阻抗不連續(xù)會(huì)導(dǎo)致信號(hào)反射,我們以圖1所示的理想傳輸線模型來(lái)分析與信號(hào)反射有關(guān)的重要參數(shù)。
圖中,理想傳輸線L被內(nèi)阻為R0的數(shù)字信號(hào)驅(qū)動(dòng)源VS驅(qū)動(dòng),傳輸線的特性阻抗為Z0,負(fù)載阻抗為RL。
圖1、理想傳輸線模型
理想的情況是當(dāng)R0=Z0=RL時(shí),傳輸線的阻抗是連續(xù)的,不會(huì)發(fā)生任何反射,能量一半消耗在源內(nèi)阻R0上,另一半消耗在負(fù)載電阻RL上(傳輸線無(wú)直流損耗)。
如果負(fù)載阻抗大于傳輸線的特性阻抗,那么負(fù)載端多余的能量就會(huì)反射回源端,由于負(fù)載端沒(méi)有吸收全部能量,故稱這種情況為欠阻尼。
如果負(fù)載阻抗小于傳輸線的特性阻抗,負(fù)載試圖消耗比當(dāng)前源端提供的能量更多的能量,故通過(guò)反射來(lái)通知源端輸送更多的能量,這種情況稱為過(guò)阻尼。
欠阻尼和過(guò)阻尼都會(huì)引起反向傳播的波形,某些情況下在傳輸線上會(huì)形成駐波。當(dāng)Z0=RL時(shí),負(fù)載完全吸收到達(dá)的能量,沒(méi)有任何信號(hào)反射回源端,這種情況稱為臨界阻尼。
從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度來(lái)看,由于臨界阻尼情況很難滿足,所以最可靠適用的方式輕微的過(guò)阻尼,因?yàn)檫@種情況沒(méi)有能量反射回源端。
負(fù)載端阻抗與傳輸線阻抗不匹配會(huì)在負(fù)載端(B點(diǎn))反射一部分信號(hào)回源端(A點(diǎn)),反射電壓信號(hào)的幅值由負(fù)載反射系數(shù)ρL決定,見(jiàn)下式:
式中,ρL稱為負(fù)載電壓反射系數(shù),它實(shí)際上是反射電壓與入射電壓之比。
由式(1)可見(jiàn),-1≤ρL≤+1,且當(dāng)RL=Z0時(shí),ρL=0,這時(shí)就不會(huì)發(fā)生反射。即,只要根據(jù)傳輸線的特性阻抗進(jìn)行終端匹配,就能消除反射。
從原理上說(shuō),反射波的幅度可以大到入射電壓的幅度,極性可正可負(fù)。當(dāng)RL
當(dāng)從負(fù)載端反射回的電壓到達(dá)源端時(shí),又將再次反射回負(fù)載端,形成二次反射波,此時(shí)反射電壓的幅值由源反射系數(shù)ρS決定,見(jiàn)下式:
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阻抗
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信號(hào)反射
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原文標(biāo)題:高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)通關(guān)五部曲(三):信號(hào)反射與端接技術(shù)
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