传输线上的阻抗不连续会导致信号反射,我们以图1所示的理想传输线模型来分析与信号反射有关的重要参数。
图中,理想传输线L被内阻为R0的数字信号驱动源VS驱动,传输线的特性阻抗为Z0,负载阻抗为RL。
图1、理想传输线模型
理想的情况是当R0=Z0=RL时,传输线的阻抗是连续的,不会发生任何反射,能量一半消耗在源内阻R0上,另一半消耗在负载电阻RL上(传输线无直流损耗)。
如果负载阻抗大于传输线的特性阻抗,那么负载端多余的能量就会反射回源端,由于负载端没有吸收全部能量,故称这种情况为欠阻尼。
如果负载阻抗小于传输线的特性阻抗,负载试图消耗比当前源端提供的能量更多的能量,故通过反射来通知源端输送更多的能量,这种情况称为过阻尼。
欠阻尼和过阻尼都会引起反向传播的波形,某些情况下在传输线上会形成驻波。当Z0=RL时,负载完全吸收到达的能量,没有任何信号反射回源端,这种情况称为临界阻尼。
从系统设计的角度来看,由于临界阻尼情况很难满足,所以最可靠适用的方式轻微的过阻尼,因为这种情况没有能量反射回源端。
负载端阻抗与传输线阻抗不匹配会在负载端(B点)反射一部分信号回源端(A点),反射电压信号的幅值由负载反射系数ρL决定,见下式:
式中,ρL称为负载电压反射系数,它实际上是反射电压与入射电压之比。
由式(1)可见,-1≤ρL≤+1,且当RL=Z0时,ρL=0,这时就不会发生反射。即,只要根据传输线的特性阻抗进行终端匹配,就能消除反射。
从原理上说,反射波的幅度可以大到入射电压的幅度,极性可正可负。当RL
当从负载端反射回的电压到达源端时,又将再次反射回负载端,形成二次反射波,此时反射电压的幅值由源反射系数ρS决定,见下式:
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阻抗
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信号反射
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原文标题:高速数字电路设计通关五部曲(三):信号反射与端接技术
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