Co i dlaczego wypowiedzenia?

Jestem nowy w elektronice i nie rozumiem, co to jest zakończenie i dlaczego jest potrzebne, szczególnie w komunikacji cyfrowej.

Dzięki

Być może bardziej mechaniczne wyjaśnienie pomaga zrozumieć:

Wyobraź sobie, że masz długą linę, której jeden koniec jest przymocowany do ściany, a drugi koniec jest trzymany przez ciebie. Krótkim pociągnięciem w górę możesz stworzyć falę poruszającą się wzdłuż liny:

(z http://wwwex.physik.uni-ulm.de/lehre/physing1/node52.html )

Dlaczego tak jest? Wyobraź sobie, że lina składa się z wielu małych kawałków, z których każdy przykłada siłę do następnej, a zatem napotyka na siebie siłę od swoich sąsiadów. Skoncentrujmy się na siłach pionowych i powiedzmy, że siła zależy liniowo od pionowej odległości między elementami. Oto wykres pokazujący siły sąsiadów i sumę tych przodków (tj. Kierunek i siłę przyspieszenia). Fala powinna przesuwać się od lewej do prawej:

Jak widać, element nr 15 napotyka siłę skierowaną do góry, a zatem jest przyspieszany do góry. Kawałek nr 14 napotyka tę samą siłę w dół, plus większą siłę w górę od elementu nr 13 i tak dalej.

Wreszcie elementy na krawędzi spływu (5, 6, 7) przesuwają się w dół, ale przyspieszają w górę, aż zatrzymają się.

Co dzieje się przy ścianie?

Kawałek 13 nie może się poruszać, a ze względu na dużą odległość pionową od cząstki nr 12, żadna z 12 nie napotyka bardzo silnej siły skierowanej w dół. Zostaje uderzony w dół, a na końcu dostaniesz poziomo odwróconą falę, podróżującą do tyłu.

Co się stanie, jeśli lina nie zostanie w ogóle naprawiona?

Obraz lina jest przecinana między kawałkiem 12 a 13. Dla ostatniej figury oznacza to, że żadne 12 nie napotyka tylko siły skierowanej w górę. Wreszcie, wzrośnie wyższe niż maksimum wierzchołka fal jak bicza i wygenerować nowy, nie przerzucony o fali tyłu liny.

Co jeśli twój kumpel ma drugi koniec?

Zazwyczaj fala jest po prostu absorbowana przez twojego kumpla, tak jakby lina ciągnęła się za nim. Jest tak, ponieważ nie trzyma końca tak nieruchomego jak ściana, ale też nie jest tak luźny, jakby nic nie było.

Pamiętaj, że prędkość fali zależy od jej ciężaru oraz napięcia. Jest tak, ponieważ napięcie jest źródłem opisanych tutaj sił.

Co to ma wspólnego z elektroniką?

Wreszcie propagacja sygnału jest podobna do propagacji fali na linie. Jeśli zewniesz koniec linii sygnałowej do GND, utrzymasz go na stałym potencjale, takim jak ściana, a krawędź sygnału zostanie odbita z innym znakiem amplitudy. Jeśli koniec nie jest podłączony do niczego, krawędzie sygnału zostaną odbite z tym samym znakiem amplitudy. Możesz zapobiec odbiciu, podłączając sygnał do GND za pomocą rezystora, takiego jak twój kolega. Oczywiste jest, że zbyt wysoka rezystancja jest jak otwarta linia sygnałowa, a zbyt niska rezystancja jest jak zwarcie do GND, więc musisz dopasować rezystor do dokładnej wartości w miejscu, w którym po prostu pochłania sygnał.

Na koniec wyjdź i spróbuj tego z liną. Być może możesz poprosić swojego kumpla, aby trzymał linę mocniej lub luźniej jak zwykle, ale naturalnie ludzie mają tendencję do dopasowywania ... impedancji liny całkiem dobrze.

EDYTOWAĆ:

Szukałem tego wczoraj, ale go nie znalazłem. Oto zdjęcia lunety z lunety bezpośrednio podłączonej do generatora impulsów plus długi kabel, skradzione z https://hohlerde.org/rauch/elektronik/kleines/kabelradar/index.de.html :

Zwarcie na końcu kabla powoduje odwrócenie odbicia:

W przypadku kabla z otwartym końcem otrzymujesz pionowe odbicie:

Przy prawidłowym zakończeniu nie ma refleksji. Jednak zakończenie jest nieco zbyt silne, ponieważ nadal widać niewielki spadek.

Nawiasem mówiąc, odbicie pojawia się po około 20nsach, więc 10ns na kierunek. Przy 75% prędkości światła przekłada się to na długość kabla około 2,2 m.

EDYCJA 2:

Bawiłem się pisząc symulację. Jak wyżej, lina jest podzielona na kilka części, a siła pionowa na każdą część jest określana na podstawie jej odległości pionowej do bezpośrednich sąsiadów. Oto on:

Oto, co w końcu pomogło mi zrozumieć zakończenie i refleksje: Załóżmy, że masz naprawdę bardzo długi kabel koncentryczny z dalekim końcem zwartym razem. Jeśli przepuścisz przez to prąd, jakie będzie napięcie?

Ponieważ kabel jest zwarty na drugim końcu, można oczekiwać, że napięcie pozostanie w pobliżu 0. Ale, drugi koniec jest daleko - jeśli napięcie natychmiast wynosiłoby 0 woltów, komunikowalibyśmy się szybciej niż światło! Zamiast tego sygnał musi rozchodzić się w dół kabla do krótkiego, a następnie z powrotem do najbliższego końca, zanim zobaczymy zwarcie na naszym końcu. Oto czym jest odbicie.

Jak wygląda sygnał w czasie przed nadejściem odbicia? Cóż, kabel ma niezerową rezystancję i niezerową pojemność - elektrycznie jest to jak długa sekwencja szeregowych cewek indukcyjnych i kondensatorów bocznikowych - a to spowoduje ładowanie z naszego źródła prądu w miarę rozprzestrzeniania się sygnału. Pod względem elektrycznym wygląda to jak rezystancja - nazywa się to impedancją charakterystyczną. Nieskończenie długi kawałek 50-omowego kabla koncentrycznego wyglądałby elektrycznie dokładnie jak 50-omowy rezystor. Krótszy wygląda jak rezystor 50 omów w czasie, gdy sygnał rozchodzi się po kablu.

W naszym wyimaginowanym scenariuszu, przykładając prąd do długiego kabla ze zwarciem na końcu, przebieg napięcia będzie wyglądał jak krótki szczyt (o napięciu równym impedancji prądu * charakterystycznego), po którym nastąpi powrót do (blisko) 0 woltów. Gdyby drugi koniec kabla był otwartym obwodem, zamiast tego wyglądałby jak krótki szczyt, po którym następuje wyższe napięcie (określone przez maksymalne napięcie naszego źródła prądu).

Załóżmy, że nie chcieliśmy żadnych refleksji. Jeśli zakończymy koncentryczny rezystorem, który ma taką samą wartość jak impedancja charakterystyczna kabla, jesteśmy posortowani! Koncentryczny wygląda jak rezystor 50 omów podczas propagacji sygnału, a po zakończeniu propagacji nadal wygląda jak rezystor 50 omów - ponieważ podłączono jeden na drugim końcu. To jest wypowiedzenie.

Zakończenie jest konieczne, gdy pracujesz z liniami przesyłowymi i (stosunkowo) sygnałami o wysokiej częstotliwości. Sygnały przemieszczające się wzdłuż linii przesyłowych faktycznie przemieszczają się jako fala elektromagnetyczna, i ta fala może być odzwierciedlona przez dowolne nieciągłości linii wynikające ze zmian impedancji. Ten właśnie efekt powoduje odbijanie światła od kałuży wody lub szklanki. Terminacja odnosi się do dodania rezystora na końcu linii przesyłowej, aby pochłonąć sygnał przemieszczający się wzdłuż linii i zapobiec odbiciom. Rezystor końcowy musi być dopasowany do impedancji linii, aby nie powodować nieciągłości i wynikających z tego odbić.

Jest to niezwykle ważne w szybkich systemach cyfrowych, ponieważ te odbicia mogą powodować interferencje między symbolami, które powodują błędy bitów. Nawiasem mówiąc, Intel napotkał ten problem, gdy zwiększyły szybkość swoich procesorów. Byli zmuszeni zatrudnić dużą liczbę inżynierów RF, aby przeprojektować swoje płyty główne, aby działały poprawnie przy dużych prędkościach.

W większości zastosowań RF linie transmisyjne są zazwyczaj zakończone rezystorem uziemiającym. Jednak w aplikacjach cyfrowych czasem korzystne jest zakończenie linii na kilka różnych sposobów. W niektórych autobusach stosuje się napięcie końcowe 1/2 Vcc, tak aby wymagane siły napędu zarówno dla podciągania, jak i zwijania były symetryczne, co zapewni lepszą wydajność. Jest to powszechne w przypadku szybkich magistrali pamięci, w tym DDR2 i DDR3. W przypadku linii różnicowych wspólnym stylem terminacji jest jeden rezystor, który bezpośrednio łączy dwa przewody, a nie poszczególne rezystory z ziemią.

Sygnały prądu przemiennego przemieszczające się wzdłuż drutu odbijają się na jego końcach. Odbity sygnał miesza się z sygnałem „rzeczywistym” i powoduje zakłócenia. Zakończenie zwykle oznacza umieszczenie rezystora na końcu; powoduje to, że koniec linii zachowuje się jak nieskończona długość drutu (bez końca, więc nie ma odbicia).

Wartość rezystora zależy od impedancji linii . Dlatego istnieje konkretna wartość rezystora końcowego, która musi być zastosowana dla określonego rodzaju linii lub magistrali.