ความสำคัญของการยกเลิกอิมพีแดนซ์แหล่งที่มาคืออะไร?

15

รับวงจรเช่นนี้

แผนผัง

^{จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างโดยใช้CircuitLab}

ความสำคัญของ R1 คืออะไร หนึ่งสามารถเดาได้ว่ามันจะทำให้ความต้านทานการส่งออกของ BUF1 เท่ากับความต้านทานของสายส่ง แต่ทำไมเรื่องนี้จึงมีความสำคัญ จะเกิดอะไรขึ้นหากไม่ระบุ R1 ในอีกด้านหนึ่งส่งผลกระทบต่อสิ่งนี้อย่างไร อาจเป็นโหลดที่ตรงกันเปิดหรือสั้น อาจเป็นสายส่งที่มีความไม่ต่อเนื่อง

transmission-line impedance-matching

— Phil Frost
แหล่งที่มา

คุณสามารถเพิกเฉยต่อเอฟเฟกต์ Telegrapher ของ R1 ได้ถ้าเสา การหน่วงเวลาคือ <5% ของเวลาที่เพิ่มขึ้นที่ 2cm / ns หรือ 0.5ns / cm prop ความล่าช้า จากนั้นเอาท์พุทเป็นเพียงตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าที่มีโหลดที่ความถี่ใด ๆ ยกเว้นว่าคุณมีความกังวลเกี่ยวกับ <1% ระลอกหรือการเปลี่ยนเฟสหรือการหน่วงเวลาของเสา มิฉะนั้นจะมีค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนที่บิดเบือนรูปคลื่นที่เริ่มต้นด้วยเสียงเรียกเข้าบนคลื่นขั้นตอน

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

11

แนวคิดคือสัญญาณแพร่กระจายด้วยความเร็ว จำกัด นั่นคือสัญญาณบางอย่างใช้tเวลาในการรับจากปลายสายส่งไปยังอีกเส้นหนึ่ง สายเคเบิลยังมีความจุที่แท้จริงบางอย่าง / ความเหนี่ยวนำต่อความยาวหน่วยซึ่งสามารถประมาณด้วยอิมพิแดนซ์ลักษณะ (สมมติว่าการสูญเสียน้อยกว่า):

Z_{0} = \sqrt{\frac{L}{C}}

$\begin{equation} Z_0 = \sqrt{\frac{L}{C}} \end{equation}$

นี่คืออิมพีแดนซ์ที่เกิดขึ้นครั้งแรกโดยแหล่งกำเนิดเมื่อสัญญาณมีการเปลี่ยนแปลงโดยระดับสัญญาณที่ทำหน้าที่เหมือนวงจรแบ่งแรงดันไฟฟ้าระหว่าง R1 และ Z0:

V_{s} = V_{i n} \frac{Z_{0}}{R_{1} + Z_{0}}

$\begin{equation} V_s = V_{in} \frac{Z_0}{R_1 + Z_0} \end{equation}$

เมื่อสัญญาณแพร่ไปถึงปลายสายเคเบิลมันจะรู้ว่าไม่มีอะไรที่จะทิ้งพลังงานสัญญาณ สัญญาณจะต้องไปที่ใดที่หนึ่งดังนั้นมันก็จะเด้งออกมาจากที่ไกลสุดและกลับไปที่แหล่งที่มา เมื่อมาถึงแหล่งที่มาของแรงดันไฟฟ้าที่แหล่งที่มาจะเป็นสองเท่าของเดิม $V_s$ ซึ่งจะไหลกลับผ่าน R1 กับแหล่งที่มา

ถ้า $R_1$ = $Z_0$ , $V_S = V_{in}$ และสายส่งทั้งหมดได้เข้าสู่สถานะคงที่เนื่องจากไม่มีพลังงานที่สามารถฉีดเข้าหรือดูดซับจากเส้นได้ สิ่งนี้เหมาะอย่างยิ่งเนื่องจากสายเข้าสู่สถานะคงที่~2t(หนึ่ง t เพื่อไปยังเป้าหมายและอีกหนึ่ง t เพื่อกลับไปที่ต้นทาง)

$R_1$ $V_S$ $V_{in}$

$R_1$ $V_S$

ใน 2 กรณีหลังแรงดันไฟฟ้าเป้าหมายสามารถเด้งขึ้นเหนือ / ต่ำกว่าระดับตรรกะดิจิตอลหลาย ๆ ครั้งดังนั้นผู้รับสามารถรับบิตข้อมูลเท็จได้ สิ่งนี้อาจเป็นอันตรายต่อแหล่งสัญญาณได้เนื่องจากสัญญาณที่สะท้อนอาจเพิ่มขึ้นทำให้เกิดความเครียดที่มากเกินไปกับแหล่งที่มา

$R_2$

$R_2 = Z_0$

$R_2$

$R_1 = Z_0$ $R_2 = Z_0$ $R_1 = R_2 = Z_0$

ฉันเขียนโปรแกรมจำลองการส่งสัญญาณออนไลน์เพื่อเล่นรอบ ๆ ซึ่งแสดงให้เห็นถึงการยุติแหล่งที่มา ฉันพบว่ามันมีประโยชน์สำหรับการมองเห็นคลื่นการแพร่กระจายสัญญาณเหล่านี้ไปตามสายส่ง เลือก R2 ที่ใหญ่พอและคุณสามารถประมาณการเปิดเช่นเดียวกับกรณีที่คุณมี รุ่นนี้มีเฉพาะสายส่งที่สูญเสียน้อยกว่า แต่มักจะแม่นยำพอ

— helloworld922
แหล่งที่มา

การจำลองที่ดี +1

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

4

ในแง่ของความสมบูรณ์ของสัญญาณ (วัดจากการตอบสนองขั้นตอนที่ฝั่งผู้รับ) การกำหนดค่าทั้งสามนั้นเหมือนกัน (Zsource - Zload):

1) 50 โอห์ม - อินฟินิตี้ (การสิ้นสุดของแหล่งที่มา)
2) 0 โอห์ม - 50 โอห์ม (การเลิกโหลด)
3) 50 โอห์ม - 50 โอห์ม (สิ้นสุดที่ปลายทั้งสอง)

อย่างไรก็ตามในตัวแปรที่ 3 จะมีแอมพลิจูดลดลง 50% ดังนั้นจากมุมมองเชิงปฏิบัติตัวเลือกที่ 3 ควรหลีกเลี่ยงเว้นแต่จะมีเหตุผลที่น่าสนใจที่จะทำ

ข้อความปฏิเสธความรับผิดชอบ:สิ่งนี้ครอบคลุมสายเคเบิลในอุดมคติแบบจุดต่อจุดการสื่อสารทิศทางเดียวระหว่างแหล่งรับสัญญาณ หากมีทางแยกระหว่างทางก็อาจทำให้รู้สึกถึงการใช้การเลิกจ้างคู่ - ฉันไม่ได้คิดเกี่ยวกับมัน

— Sergei Gorbikov
แหล่งที่มา

2

ตกลงนี่คือคำอธิบายที่ยาว แต่กว้างเกินไปเกี่ยวกับสิ่งที่เกิดขึ้น ...

ความต้านทานของสายส่ง (aka trace) คือ 50 โอห์มซึ่งหมายความว่าเมื่อสัญญาณเดินทางผ่านสายเคเบิลดูเหมือนว่าโหลด 50 โอห์มต่อผู้ขับขี่ เมื่อถึงจุดสิ้นสุดของร่องรอยมันจะสะท้อนกลับมาและทำให้บางส่วนของร่องรอยนั้นถึงแรงดันสูง / ต่ำกว่าที่ควรจะเป็นชั่วคราว เราเรียกสิ่งนี้ว่า

ด้วยตัวต้านทานแหล่งจ่าย 50 โอห์มตัวต้านทานและตัวติดตาม 50 โอห์มจะสร้างตัวแบ่งแรงดัน (div by 2) ก่อนที่สัญญาณจะถึงจุดสิ้นสุดสัญญาณที่ตำแหน่งนั้นคือ 50% ของแอมพลิจูดที่ต้องการ หลังจากสัญญาณถึงจุดสิ้นสุดการสะท้อนจะรวมเข้ากับสัญญาณดั้งเดิม 50% และให้สัญญาณแอมพลิจูด 100% สมบูรณ์แบบ การสะท้อนกลับไปที่ตัวต้านทานแหล่งที่ซึ่งถูกดูดซับ

ตัวรับสัญญาณที่อยู่ที่ส่วนท้ายสุดของร่องรอยจะเห็นขอบสัญญาณที่สมบูรณ์แบบที่สุด แต่ตัวรับสัญญาณที่อยู่ตรงกลางหรือใกล้ตัวต้านทานจะเห็นสัญญาณ 50% ก่อนจากนั้นจะเป็นสัญญาณ 100% ด้วยเหตุนี้การยกเลิกแหล่งสัญญาณจึงถูกใช้เมื่อมีผู้รับเพียงรายเดียวเท่านั้นและผู้รับนั้นจะต้องอยู่ที่จุดสิ้นสุดของการติดตาม

หากตัวต้านทานไม่ตรงกับอิมพีแดนซ์ของสายไฟ / รอยต่อ / สายแล้วตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าไม่ได้เป็น 50% - ซึ่งส่งผลให้เกิดการจับคู่ที่ไม่สมบูรณ์และการสะท้อนอาจทำให้เกิดปัญหา

2

การใช้การยุติแหล่งข้อมูลเพียงอย่างเดียวนั้นไม่ดีนัก แต่เป็นเรื่องปกติที่จะใช้ทั้งการยกเลิกต้นทางและการเลิกโหลดและเริ่มต้นด้วยสัญญาณที่มีความแรงเป็นสองเท่าของสิ่งที่ควรได้รับในตอนท้าย การใช้ทั้งต้นทางและการยกเลิกการโหลดจะช่วยให้สัญญาณแพร่กระจายได้อย่างสมบูรณ์แม้ว่าจะมีส่วนของสายส่งที่ความต้านทานไม่ถูกต้อง (เช่นที่ทางแยกของสองสาย) หากมีการใช้การเลิกโหลดเพียงลำพังสัญญาณที่สะท้อนออกจากความไม่สมบูรณ์นั้นจะถูกอ่านซ้ำที่แหล่งที่มาและจะปรากฏขึ้นอีกครั้งในภายหลังเมื่อโหลด

— supercat

2

@supercat ดังนั้นฉันคิดถูกว่าแหล่งกำเนิดและการเลิกโหลดนั้นยอดเยี่ยมสำหรับสัญญาณพลังงานต่ำเนื่องจากมีความทนทานต่อสายส่งที่ไม่ใช่อุดมคติ แต่ถ้าคุณต้องการถ่ายโอนพลังงานจำนวนมาก (เครื่องส่ง RF ไปยังเสาอากาศที่ควร ได้รับการจับคู่เช่น) จากนั้นคุณจะต้องการ

R_{1} = 0 Ω

$R_1=0\Omega$ การสูญเสียให้น้อยที่สุด?

— Phil Frostst

1

ฉันเดาว่านี่คือความต้านทานโหลดที่ปลายอีกด้านของเส้นใหญ่ใช่ไหม? นั่นไม่เป็นความจริงในสถานการณ์ที่ฉันนึกไว้ (อาจเป็นเพราะฉันคิดว่าเสาอากาศเป็นภาระ) แต่ฉันคิดว่ามันเป็นบรรทัดฐานในวงจรดิจิตอล ฉันถูกไหม?

— Phil Frostst

1

@DavidKessner: หากมีการโหลดหนึ่งครั้งและหากใครสามารถคาดหวังได้อย่างสมเหตุสมผลว่าจะไม่มีความต้านทานที่ไม่ตรงกันในบรรทัดระหว่างแหล่งที่มาและโหลดการเลิกจ้างเฉพาะที่มานั้นดี วิดีโอดูเหมือนว่าจะใช้แหล่งสัญญาณ 75 โอห์มและโหลดอิมพิแดนซ์ แต่ฉันเคยเห็นอุปกรณ์ทำสิ่งแปลก ๆ ในแบบที่ชุดค่าผสมบางตัวทำงานร่วมกันและชุดอื่นไม่ได้

— supercat

1

@supercat ใช่วิดีโออะนาล็อกบน coax เป็นรูปแบบที่ใช้กันมากที่สุด กิกะบิตอีเธอร์เน็ตยังใช้การยุติแบบคู่ แต่เพิ่มเติมเนื่องจากสายไฟแต่ละคู่เป็นแบบสองทิศทาง อินเทอร์เฟซสมัยใหม่ที่ใช้การส่งสัญญาณที่แตกต่างกัน (HDMI, PCIe, SATA) ใช้การสิ้นสุดการสิ้นสุด แต่ส่วนใหญ่เป็นเพราะพวกเขาใช้การส่งสัญญาณโหมดปัจจุบัน ฉันยังไม่ได้ทำการจำลองแบบการยุติแบบดับเบิลที่ไม่ตรงกันเนื่องจากนอกเหนือจากวิดีโออะนาล็อกที่ฉันไม่ได้ต้องการ ฉันจะเล่นกับมันและดูว่าเกิดอะไรขึ้น

1

R1 ไม่สำคัญหากว่าสายส่งถูกยกเลิกอย่างถูกต้อง ฉันขับรถแบบนี้มากและได้รับการต้อนรับที่ดีที่ปลายสุดของสายส่ง แต่ต้องจบอย่างถูกต้อง

— แอนดี้อาคา
แหล่งที่มา

R1 คือการยกเลิกมันเรียกว่าการยกเลิกต้นทาง แต่ถ้าคุณมีจุดสิ้นสุดที่เหมาะสม R1 จะทำให้สิ่งเลวร้ายลง หาก R1 = 50 และคุณมีการสิ้นสุดการสิ้นสุด (50 โอห์ม) สัญญาณทั้งหมดของคุณจะถูกลดทอน 50% ซึ่งไม่ดี เห็นได้ชัดว่า R1 มีความสำคัญ