傳輸線上的阻抗不連續會導致信號反射,我們以圖1所示的理想傳輸線模型來分析與信號反射有關的重要參數。
圖中,理想傳輸線L被內阻為R0的數字信號驅動源VS驅動,傳輸線的特性阻抗為Z0,負載阻抗為RL。
圖1、理想傳輸線模型
理想的情況是當R0=Z0=RL時,傳輸線的阻抗是連續的,不會發生任何反射,能量一半消耗在源內阻R0上,另一半消耗在負載電阻RL上(傳輸線無直流損耗)。
如果負載阻抗大于傳輸線的特性阻抗,那么負載端多余的能量就會反射回源端,由于負載端沒有吸收全部能量,故稱這種情況為欠阻尼。
如果負載阻抗小于傳輸線的特性阻抗,負載試圖消耗比當前源端提供的能量更多的能量,故通過反射來通知源端輸送更多的能量,這種情況稱為過阻尼。
欠阻尼和過阻尼都會引起反向傳播的波形,某些情況下在傳輸線上會形成駐波。當Z0=RL時,負載完全吸收到達的能量,沒有任何信號反射回源端,這種情況稱為臨界阻尼。
從系統設計的角度來看,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阻尼,因為這種情況沒有能量反射回源端。
負載端阻抗與傳輸線阻抗不匹配會在負載端(B點)反射一部分信號回源端(A點),反射電壓信號的幅值由負載反射系數ρL決定,見下式:
式中,ρL稱為負載電壓反射系數,它實際上是反射電壓與入射電壓之比。
由式(1)可見,-1≤ρL≤+1,且當RL=Z0時,ρL=0,這時就不會發生反射。即,只要根據傳輸線的特性阻抗進行終端匹配,就能消除反射。
從原理上說,反射波的幅度可以大到入射電壓的幅度,極性可正可負。當RL
當從負載端反射回的電壓到達源端時,又將再次反射回負載端,形成二次反射波,此時反射電壓的幅值由源反射系數ρS決定,見下式:
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阻抗
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信號反射
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原文標題:高速數字電路設計通關五部曲(三):信號反射與端接技術
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