Dado um circuito como este:
simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab
Qual a importância do R1? Pode-se adivinhar que é para tornar a impedância de saída do BUF1 igual à impedância da linha de transmissão, mas por que isso é importante? O que acontece se R1 for omitido? Como o que está do outro lado afeta isso? Talvez seja uma carga correspondente, aberta ou curta. Talvez seja uma linha de transmissão com descontinuidades.
transmission-line
impedance-matching
Phil Frost
fonte
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Respostas:
A idéia é que os sinais se propagem a uma velocidade finita, ou seja, um determinado sinal leva
t
tempo para ir de um extremo da linha de transmissão para a outra. O cabo também possui alguma capacitância / indutância intrínseca por unidade de comprimento, que pode ser aproximada com uma impedância característica (assumindo menos perdas):Esta é a impedância inicialmente experimentada pela fonte quando o sinal muda, com o nível do sinal agindo como um circuito divisor de tensão entre R1 e Z0:Vs= Veu nZ0 0R1+ Z0 0
Quando o sinal se propaga para a extremidade do cabo, ele percebe que não há nada para descarregar a energia do sinal. O sinal deve ir a algum lugar, para que ele salte na extremidade oposta e retorne à fonte. Quando se atinge a fonte, a tensão da fonte será o dobro dos originaisVs , o que irá fluir para trás através de R1 para a fonte.
SeR1 = Z0 0 , VS= Veu n e toda a linha de transmissão alcançou o estado estacionário, porque nenhuma energia pode ser injetada ou absorvida pela linha. Isso é ideal porque a linha atingiu o estado estacionário em
~2t
(um t para chegar ao destino e um t para voltar à fonte).SeR1 for muito grande, VS ainda será maior que Veu n modo que a fonte continuará a descarregar energia na linha de transmissão, e a tensão da linha de transmissão aumentará lentamente à medida que o sinal retorna.
SeR1 for demasiado pequeno, VS irá ultrapassar quando o sinal recebe de volta. Nesse caso, uma onda de borda decrescente se propaga pela linha, porque a fonte está tentando absorver o excesso de energia bombeada na linha e, novamente, a tensão volta para frente / para trás até que o estado estacionário seja alcançado.
Nos últimos 2 casos, a tensão alvo pode saltar acima / abaixo de um determinado nível lógico digital várias vezes, de modo que o receptor possa obter bits de dados falsos como resultado. Isso também pode ser potencialmente prejudicial para a fonte, porque o sinal refletido pode subir induzindo excesso de tensão na fonte.
Eu escrevi um simulador de linha de transmissão on-line para brincar com o que demonstra o término da fonte. Achei útil visualizar essas ondas de propagação de sinal ao longo da linha de transmissão. Escolha um R2 grande o suficiente e poderá aproximar uma abertura, como no caso. Isso apenas modela linhas de transmissão sem perda, mas geralmente é suficientemente preciso.
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Em termos de integridade do sinal (medida pela resposta em etapas no lado do receptor), as três configurações são idênticas (Zsource - Zload):
1) 50 Ohm - infinito (terminação de origem)
2) 0 Ohm - 50 Ohm (terminação de carga)
3) 50 Ohm - 50 Ohm (terminação em ambas as extremidades)
No entanto, na terceira variante, há uma diminuição de 50% na amplitude. Portanto, do ponto de vista prático, a 3ª opção deve ser evitada, a menos que haja uma razão convincente para fazê-lo.
Isenção de responsabilidade: abrange a comunicação ideal de uma direção do cabo ponto a ponto de fio único, entre a fonte do receptor. Se houver uma junção a caminho, pode fazer sentido usar a terminação dupla - não pensei nisso.
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Ok, aqui está a descrição longa, mas excessivamente generalizada, do que está acontecendo ...
A impedância da linha de transmissão (também conhecida como trace) é de 50 ohms, o que significa que, à medida que o sinal viaja pelo cabo, parece uma carga de 50 ohms para o motorista. Quando atinge o final do rastreamento, reflete de volta e faz com que partes do rastreamento atinjam temporariamente uma tensão muito mais alta / mais baixa do que deveria. Chamamos isso de superação e superação.
Com o resistor de fonte de 50 ohm, o resistor mais o traço de 50 ohm forma um divisor de tensão (div por 2). Pouco antes do sinal chegar ao fim, o sinal nesse local é de 50% da amplitude necessária. Logo após o sinal chegar ao fim, a reflexão se combina com o sinal original de 50% e resulta em um sinal de amplitude perfeito de 100%. O reflexo viaja de volta ao resistor de origem, onde é absorvido.
Um receptor localizado no final do traço verá uma borda de sinal quase perfeita. Mas um receptor no meio ou próximo ao resistor verá primeiro um sinal de 50% e depois um sinal de 100%. Por esse motivo, a terminação da fonte é usada apenas quando há apenas um receptor e esse receptor deve estar localizado no final do rastreamento.
Se o resistor não corresponder à impedância do fio / rastreio / cabo, o divisor de tensão não será de 50% - o que resulta em uma correspondência imperfeita e a reflexão pode causar problemas.
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R1 não é importante, desde que a linha de transmissão termine corretamente. Dirijo muito essas linhas e recebo uma recepção decente no extremo da linha de transmissão, mas ela deve ser terminada corretamente.
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