Jakie znaczenie ma zakończenie impedancji źródła?


15

Biorąc pod uwagę taki obwód:

schematyczny

symulacja tego obwodu - Schemat utworzony przy użyciu CircuitLab

Jakie znaczenie ma R1? Można się domyślać, że ma to na celu wyrównanie impedancji wyjściowej BUF1 z impedancją linii przesyłowej, ale dlaczego to takie ważne? Co się stanie, jeśli R1 zostanie pominięty? Jak wpływa na to drugi koniec? Może to pasujący ładunek, otwarty lub krótki. Może to linia transmisyjna z nieciągłościami.


Możesz zignorować efekty Telegraphera R1, jeśli masz prop. opóźnienie wynosi <5% czasu narastania przy 2 cm / ns lub 0,5ns / cm podpory. opóźnienie. Zatem wyjście jest po prostu dzielnikiem napięcia z obciążeniem na dowolnej częstotliwości, chyba że martwisz się o <1% tętnienia lub przesunięcia fazowego lub samego opóźnienia podpory. W przeciwnym razie istnieje współczynnik odbicia, który zniekształca kształt fali, zaczynając od dzwonienia na falach stopniowych.
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

Odpowiedzi:


11

Chodzi o to, że sygnały rozprzestrzeniają się ze skończoną prędkością, to znaczy, że pewien sygnał potrzebuje tczasu, aby przejść z jednego końca linii transmisyjnej na drugą linię. Kabel ma również pewną wewnętrzną pojemność / indukcyjność na jednostkę długości, którą można aproksymować charakterystyczną impedancją (zakładając, że nie ma strat):

Z0=LC

Jest to impedancja początkowo odczuwana przez źródło, gdy zmienia się sygnał, przy poziomie sygnału działającym jak obwód dzielnika napięcia między R1 i Z0:

Vs=VinZ0R1+Z0

Gdy sygnał rozchodzi się na końcu kabla, zdaje sobie sprawę, że nie ma nic, do czego mogłaby zrzucić energię sygnału. Sygnał musi gdzieś iść, więc odbija się od odległego końca i wraca do źródła. Kiedy dotrze do źródła, napięcie źródła będzie dwa razy większe niż pierwotne Vs , które przepłyną z powrotem przez R1 do źródła.

Jeżeli R1 = Z0 , VS=Vin a cała linia transmisyjna osiągnęła stan ustalony, ponieważ nie można już wstrzykiwać ani absorbować energii z linii. Jest to idealne, ponieważ linia osiągnęła stan ustalony w ~2t(jeden t, aby dostać się do celu, a drugi t, aby wrócić do źródła).

Jeśli R1 jest zbyt duży, VS będzie nadal większy niż Vin więc źródło będzie nadal zrzucało energię do linii przesyłowej, a napięcie linii przesyłowej będzie powoli rosło, gdy sygnał odbije się do tyłu / do przodu.

Jeśli R1 jest zbyt mały, VS przereguluje się, gdy sygnał powróci. W takim przypadku opadająca fala krawędziowa rozchodzi się wzdłuż linii, ponieważ źródło próbuje pochłonąć nadmiar energii pompowanej do linii i ponownie napięcie odbije się w przód / w tył, aż do osiągnięcia stanu ustalonego.

W tych dwóch ostatnich przypadkach napięcie docelowe może wielokrotnie odbijać się powyżej / poniżej pewnego poziomu logiki cyfrowej, aby odbiornik mógł uzyskać fałszywe bity danych. Może to również być potencjalnie szkodliwe dla źródła, ponieważ odbity sygnał może wzrosnąć, powodując nadmierne obciążenie źródła.

Teraz to, co się dzieje, jeśli przywiązujemy coś po drugiej stronie, jak rezystor R2 ?

Teraz cel może pochłaniać energię i tylko niewielka część oryginalnego sygnału jest odbijana. Jeżeli R2=Z0 , ponownie zostały dopasowane impedancji i sygnał nie jest widoczne.

Jeśli R2 jest zbyt małe / za duże, będziemy skończyć z podobnych sygnałów odbicia jak powyżej, z wyjątkiem sygnał jest odwrócony.

Używanie R1=Z0 może być nadal stosowane, aby zapobiec powtarzaniu się odbić, ale napięcie sygnału w stanie ustalonym będzie wynikiem dzielnika napięcia między R1 i R2. Jeżeli R2=Z0 , nie ma odbicie, więc wartość R1 nie ma znaczenia. Równie dobrze możemy wybrać R1 = 0, aby napięcie docelowe było takie samo jak napięcie źródłowe. Jak wskazał supercat, możesz również mieć źródło napędzające sygnał dwukrotnie większy niż oczekiwany cel i nadal używać R1=R2=Z0

Napisałem internetowy symulator linii transmisyjnej do zabawy, z którym demonstruje zakończenie źródła. Uznałem, że jest to przydatne do wizualizacji tych fal propagacji sygnału wzdłuż linii transmisyjnej. Wybierz wystarczająco dużą R2, a będziesz w stanie zbliżyć się do otwartego, podobnie jak w przypadku, który masz. To tylko modele bezstratnych linii transmisyjnych, ale zwykle jest wystarczająco dokładne.


niezła symulacja. +1
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

4

Pod względem integralności sygnału (mierzonego krokową odpowiedzią po stronie odbiornika) trzy konfiguracje są identyczne (Zsource - Zload):

1) 50 omów - nieskończoność (zakończenie źródła)
2) 0 omów - 50 omów (zakończenie obciążenia)
3) 50 omów - 50 omów (zakończenie na obu końcach)

Jednak w trzecim wariancie amplituda spada o 50%. Z praktycznego punktu widzenia należy zatem unikać trzeciej opcji, chyba że istnieje ku temu ważny powód.

Zastrzeżenie: dotyczy to idealnego kabla jednoprzewodowego typu punkt-punkt w jednym kierunku komunikacji między źródłem odbiornika. Jeśli po drodze jest skrzyżowanie, warto zastosować podwójne zakończenie - nie pomyślałem o tym.


2

Ok, oto długi, ale zbyt ogólny opis tego, co się dzieje ...

Impedancja linii transmisyjnej (aka trace) wynosi 50 omów, co oznacza, że ​​gdy sygnał przemieszcza się w dół kabla, wygląda jak obciążenie 50 omów dla kierowcy. Kiedy uderza w koniec śladu, odbija się wstecz i powoduje, że części śladu chwilowo osiągają znacznie wyższe / niższe napięcie niż powinno. Nazywamy to przeregulowaniem i niedopracowaniem.

W przypadku rezystora źródłowego 50 omów rezystor plus ślad 50 omów tworzy dzielnik napięcia (div przez 2). Tuż przed końcem sygnału sygnał w tej lokalizacji wynosi 50% wymaganej amplitudy. Zaraz po tym, jak sygnał dobiegnie końca, odbicie łączy się z 50% oryginalnym sygnałem i daje doskonały 100% sygnał amplitudowy. Odbicie wraca do rezystora źródłowego, gdzie jest absorbowane.

Odbiornik umieszczony na samym końcu śladu zobaczy w większości idealną krawędź sygnału. Ale odbiornik na środku lub w pobliżu rezystora najpierw zobaczy sygnał 50%, a następnie sygnał 100%. Z tego powodu zakończenie źródła jest używane tylko wtedy, gdy istnieje tylko jeden odbiornik i odbiornik ten musi znajdować się na końcu śledzenia.

Jeśli rezystor nie pasuje do impedancji przewodu / ścieżki / kabla, dzielnik napięcia nie wynosi 50% - co powoduje niedokładne dopasowanie, a odbicie może powodować problemy.


2
Używanie samego zakończenia źródła nie jest świetne, ale dość często używa się zarówno zakończenia źródła, jak i zakończenia obciążenia, i po prostu zaczynasz od sygnału, który jest dwa razy silniejszy niż to, co powinno być odbierane na drugim końcu. Użycie zarówno źródła, jak i zakończenia obciążenia pozwoli na czystą propagację sygnału, nawet jeśli istnieje odcinek linii przesyłowej, w którym impedancja jest nieprawidłowa (np. Na styku dwóch kabli). Gdyby zastosować tylko zakończenie obciążenia, sygnał odzwierciedlający tę niedoskonałość zostałby ponownie odbity u źródła i pojawił się jakiś czas później przy obciążeniu.
supercat

2
R1=0Ω

1
Wydaje mi się, że tutaj założenie jest takie, że impedancja obciążenia na drugim końcu linii jest bardzo duża, prawda? To nie było tak naprawdę w sytuacjach, które miałem na myśli (prawdopodobnie wyobrażałem sobie antenę jako obciążenie), ale myślę, że jest to norma w obwodach cyfrowych. Czy mam rację?
Phil Frost

1
@DavidKessner: Jeśli istnieje jedno obciążenie i można w uzasadniony sposób oczekiwać, że nie dojdzie do niedopasowania impedancji na linii między źródłem a obciążeniem, zakończenie tylko źródła jest dobre. Wydaje się, że wideo zwykle wykorzystuje źródło 75 omów i impedancję obciążenia, chociaż widziałem, jak urządzenia robią różnego rodzaju dziwne rzeczy w taki sposób, że niektóre kombinacje działają razem, a inne nie.
supercat

1
@supercat Tak, analogowe wideo przez kabel koncentryczny jest najczęściej stosowanym podwójnym zakończeniem. Gigabit Ethernet wykorzystuje również podwójne zakończenie, ale więcej, ponieważ każda para przewodów jest dwukierunkowa. Nowoczesne interfejsy wykorzystujące sygnalizację różnicową (HDMI, PCIe, SATA) używają terminacji końcowej, ale głównie dlatego, że używają sygnalizacji w trybie prądowym. Szczerze mówiąc, nie przeprowadziłem symulacji podwójnego zakończenia z niedopasowaniami, ponieważ poza wideo analogowym po prostu nie musiałem tego robić. Pobawię się i zobaczę, co się stanie.

1

R1 nie jest ważne, pod warunkiem że linia transmisyjna jest prawidłowo zakończona. Często jeżdżę takimi liniami i dostaję przyzwoity odbiór na drugim końcu linii transmisyjnej, ale musi być poprawnie zakończony.


R1 jest terminacją, nazywa się terminacją źródła. Ale jeśli masz właściwe zakończenie, R1 pogorszy sytuację. Jeśli R1 = 50 i masz zakończenie końcowe (50 omów), cały sygnał zostanie osłabiony o 50%, co nie jest dobre. Więc oczywiście R1 jest ważny.
Korzystając z naszej strony potwierdzasz, że przeczytałeś(-aś) i rozumiesz nasze zasady używania plików cookie i zasady ochrony prywatności.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.