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介紹下信號(hào)反射的過(guò)程與反彈圖

MEANWELL1982 ? 來(lái)源:工程師看海 ? 作者:工程師看海 ? 2022-11-03 09:46 ? 次閱讀

我們總說(shuō)阻抗不連續(xù)會(huì)導(dǎo)致信號(hào)反射,今天介紹下信號(hào)反射的過(guò)程與反彈圖。

如下圖所示,對(duì)于傳輸線而言,當(dāng)信號(hào)從左向右傳播時(shí),如果走線突然加粗,那么對(duì)應(yīng)的單位長(zhǎng)度電感和電位長(zhǎng)度電容就會(huì)發(fā)生變化,使得阻抗突變,Z1≠Z2,阻抗突變會(huì)引起信號(hào)反射。

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這個(gè)信號(hào)反射的現(xiàn)象可以類比于液體在管道中傳播時(shí)的具有的水錘效應(yīng),在水管內(nèi)部,管內(nèi)壁光滑,整個(gè)水管連續(xù)平滑,水就流動(dòng)自如。

當(dāng)水管閥門突然關(guān)閉,水流對(duì)閥門會(huì)突然產(chǎn)生一個(gè)壓力。由于管壁光滑,后續(xù)水流在慣性的作用下,迅速達(dá)到最大,并產(chǎn)生破壞作用。

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當(dāng)然也可以類比聲波的反射,聲波的反射在日常生活中更常見一些。聲波在均勻的空氣中傳播時(shí)不會(huì)反射,如果傳播過(guò)程中遇到墻等較高的聲阻抗介質(zhì)時(shí)就會(huì)發(fā)生反射,產(chǎn)生回音。

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反射系數(shù)

而電信號(hào)在傳播時(shí),如果阻抗突然變大,也會(huì)反射,反射系數(shù)R的計(jì)算公式如下:

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根據(jù)公式,R的變化范圍從-1到1,正數(shù)表示正反射,復(fù)數(shù)表示負(fù)反射,0表示阻抗連續(xù)無(wú)反射。

下圖中信號(hào)源阻抗50Ω,傳輸線阻抗50Ω,負(fù)載開路時(shí)相當(dāng)于阻抗無(wú)窮大,反射系數(shù)R≈1,為全反射,我們分析下反射過(guò)程。

fc10ab14-5b02-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

下圖虛線是信號(hào)源輸出端結(jié)果,實(shí)線是接收端的波形。

假設(shè)信號(hào)傳輸延遲為2 ns,第0秒時(shí),信號(hào)源產(chǎn)生一個(gè)1V信號(hào)向負(fù)載傳輸,經(jīng)過(guò)兩秒后到的接收端,接收端開路阻抗為無(wú)窮大,計(jì)算的反射系數(shù)R≈1,那么反射回來(lái)的信號(hào)電壓也是1V,反射的1V和入射的1V疊加后,幅值變?yōu)?V,那么在第2ns,接收端測(cè)量時(shí)就會(huì)看到一個(gè)2V的信號(hào),如下圖實(shí)線所示。

反射的信號(hào)經(jīng)過(guò)2ns后傳播回發(fā)射端,與發(fā)射端的1V疊加后,發(fā)射端的信號(hào)也變?yōu)?V,見下圖實(shí)線曲線在第4ns的波形。發(fā)射端是50Ω的阻抗,信號(hào)反射停止。

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上面的例子很有意思,即信號(hào)是以半幅度在傳輸線中傳播,經(jīng)過(guò)反射后幅值變?yōu)槎叮瓷涞皆炊说男盘?hào)不會(huì)繼續(xù)反射,這就是通常所說(shuō)的源端端接有效。

如果源端與傳輸線之間阻抗不匹配,反射回源端的信號(hào)就會(huì)再次反射,向負(fù)載端傳播,到負(fù)載端后再次反射到源端,來(lái)來(lái)回回,導(dǎo)致振鈴,這就是接下來(lái)要將的反彈圖。

當(dāng)阻抗不匹配時(shí),會(huì)在源端與走線之間串聯(lián)小電阻進(jìn)行匹配,就是這個(gè)原理,關(guān)于電阻端接匹配后面還會(huì)繼續(xù)介紹。

反彈圖

下面這個(gè)圖就是反彈圖,B端阻抗無(wú)窮大,從B點(diǎn)反射回A的信號(hào)會(huì)再次反射,A點(diǎn)的反射系數(shù)是(10-50)/(10+50) = -0.67,B點(diǎn)的反射系數(shù)是1是全反射。

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我們還是假如在傳輸線的延遲是2ns,假如信號(hào)源剛加載到傳輸線時(shí)A點(diǎn)的電壓為1V。

2ns后到的B,入射電壓是1V,反射電壓是1*1=1V,入射電壓與反射電壓疊加后此時(shí)B點(diǎn)電壓為1+1=2V,反射的1V電壓反向往源端A傳播。

再經(jīng)過(guò)2ns后,1V反射電壓到達(dá)A點(diǎn),在A又發(fā)生反射,A點(diǎn)的反射電壓是1*(-0.67)=-0.67V,向B傳播。

再過(guò)2ns后,-0.67V這個(gè)電壓從A點(diǎn)傳播到B點(diǎn)。到達(dá)B點(diǎn)后,發(fā)生全反射,反射的電壓也是-0.67V,B點(diǎn)原來(lái)的電壓是2V,入射電壓是-0.67V,反射電壓是-0.67V,三者疊加后:2-0.67-0.67=0.66V,

再過(guò)2ns后,-0.67V反射電壓到達(dá)A點(diǎn),在A又發(fā)生反射,A點(diǎn)的反射電壓是(-0.67)*(-0.67)=0.45V,向B傳播。

再過(guò)2ns后,0.45V這個(gè)電壓從A點(diǎn)傳播到B點(diǎn)。到達(dá)B點(diǎn)后,發(fā)生全反射,反射的電壓也是0.45V,B點(diǎn)原來(lái)的電壓是0.66V,入射電壓是0.45V,反射電壓是0.45V,三者疊加后:0.66+0.45+0.45=1.56V,

再過(guò)2ns后,0.45V反射電壓到達(dá)A點(diǎn),在A又發(fā)生反射,A點(diǎn)的反射電壓是(0.45)*(-0.67)=-0.3V,向B傳播。

再過(guò)2ns后,-0.3V這個(gè)電壓從A點(diǎn)傳播到B點(diǎn)。到達(dá)B點(diǎn)后,發(fā)生全反射,反射的電壓也是-0.3V,B點(diǎn)原來(lái)的電壓是1.56V,入射電壓是-0.3V,反射電壓是-0.3V,三者疊加后:1.56-0.3-0.3=0.96V。

。。。。。。

我們根據(jù)上面的分析過(guò)程畫出B點(diǎn)的波形,見下左圖,可以看到信號(hào)的震蕩過(guò)程,那么如果在源端做到阻抗匹配的話,B端的電壓升到2V就會(huì)穩(wěn)定下來(lái)停止震蕩,現(xiàn)在A端沒(méi)有做阻抗匹配,那么信號(hào)就會(huì)來(lái)回反射,產(chǎn)生振鈴。下面右圖是實(shí)測(cè)某信號(hào)的振鈴波形。

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審核編輯:劉清

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原文標(biāo)題:聊聊信號(hào)反射問(wèn)題

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