Welche Bedeutung hat der Abschluss der Quellenimpedanz?

Bei einer Schaltung wie dieser:

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schaltplan erstellt mit CircuitLab}

Was ist die Bedeutung von R1? Man kann vermuten, dass die Ausgangsimpedanz von BUF1 gleich der Impedanz der Übertragungsleitung ist, aber warum ist das wichtig? Was passiert, wenn R1 weggelassen wird? Wie wirkt sich das aus, was am anderen Ende ist? Vielleicht ist es eine passende Ladung, offen oder kurzgeschlossen. Vielleicht ist es eine Übertragungsleitung mit Diskontinuitäten.

Die Idee ist, dass sich Signale mit einer endlichen Geschwindigkeit ausbreiten, das heißt, ein bestimmtes Signal braucht tZeit, um von einem Ende der Übertragungsleitung zur anderen zu gelangen. Das Kabel hat auch eine gewisse innere Kapazität / Induktivität pro Längeneinheit, die mit einer charakteristischen Impedanz angenähert werden kann (unter der Annahme, verlustfrei zu sein):

Dies ist die Impedanz, die die Quelle anfänglich erfährt, wenn sich das Signal ändert, wobei der Signalpegel wie eine Spannungsteilerschaltung zwischen R1 und Z0 :

Wenn sich das Signal zum Ende des Kabels ausbreitet, wird es erkennen, dass es nichts gibt, in das die Signalenergie entladen werden kann. Das Signal muss irgendwohin gehen, damit es vom anderen Ende abprallt und zur Quelle zurückkehrt. Wenn es die Quelle erreicht, ist die Quellenspannung doppelt so wie die ursprüngliche , die über R1 zur Quelle zurückfließt.$V_s$

Wenn = , und die gesamte Übertragungsleitung einen stationären Zustand erreicht hat, kann keine Energie mehr in die Leitung oder von dieser absorbiert werden. Dies ist ideal, da die Linie im eingeschwungenen Zustand ist (1 t, um zum Ziel zu gelangen, und 1 t, um zur Quelle zurückzukehren).$R_1$$Z_0$$V_S = V_{in}$~2t

Wenn zu groß ist, ist immer noch größer als sodass die Quelle weiterhin Energie in die Übertragungsleitung abgibt, und die Spannung der Übertragungsleitung steigt langsam an, wenn das Signal vor- und zurückprallt.$R_1$$V_S$$V_{in}$

Wenn zu klein ist, wird überschießen, wenn das Signal zurückkommt. In diesem Fall breitet sich eine abfallende Flankenwelle entlang der Leitung aus, da die Quelle versucht, die in die Leitung gepumpte überschüssige Energie zu absorbieren, und die Spannung prallt wieder vor und zurück, bis der eingeschwungene Zustand erreicht ist.$R_1$$V_S$

In den letzten beiden Fällen könnte die Zielspannung mehrmals über / unter einen bestimmten digitalen Logikpegel springen, so dass der Empfänger als Ergebnis falsche Datenbits erhalten könnte. Dies könnte auch die Quelle möglicherweise beschädigen, da das reflektierte Signal eine übermäßige Belastung für die Quelle hervorrufen kann.

Was passiert nun, wenn wir etwas auf der anderen Seite anbringen, wie z. B. einen Widerstand ?$R_2$

Jetzt kann das Ziel Energie absorbieren und nur ein Bruchteil des ursprünglichen Signals wird reflektiert. Wenn , haben wir wieder angepasste Impedanzen und es wird kein Signal reflektiert.$R_2 = Z_0$

Wenn zu klein / zu groß ist, erhalten wir ähnliche Reflexionssignale wie oben, außer dass das Signal invertiert ist.$R_2$

Die Verwendung von kann weiterhin verwendet werden, um ein wiederholtes Prellen zu verhindern, aber die stationäre Signalspannung ist das Ergebnis des Spannungsteilers zwischen R1 und R2. Wenn , gibt es keine Reflexion, so dass der Wert von R1 keine Rolle spielt. Wir können auch R1 = 0 wählen, damit die Zielspannung mit der Quellenspannung übereinstimmt. Wie Supercat betonte, kann die Quelle auch ein Signal mit der doppelten vom Ziel erwarteten Größe und weiterhin$R_1 = Z_0$$R_2 = Z_0$$R_1 = R_2 = Z_0$

Ich habe einen Online-Übertragungsleitungssimulator zum Herumspielen geschrieben , der die Terminierung der Quelle demonstriert. Ich fand es nützlich, diese Signalausbreitungswellen entlang der Übertragungsleitung zu visualisieren. Wählen Sie ein R2, das groß genug ist, und Sie können ein offenes annähern, wie es der Fall ist, den Sie haben. Dies modelliert nur verlustfreie Übertragungsleitungen, ist jedoch normalerweise genau genug.

In Bezug auf die Signalintegrität (gemessen durch die Sprungantwort auf der Empfängerseite) sind die drei Konfigurationen identisch (Zsource - Zload):

1) 50 Ohm - unendlich (Quellenabschluss)
2) 0 Ohm - 50 Ohm (Lastabschluss)
3) 50 Ohm - 50 Ohm (Abschluss an beiden Enden)

Bei der dritten Variante nimmt die Amplitude jedoch um 50% ab. Aus praktischer Sicht sollte daher die dritte Option vermieden werden, es sei denn, es gibt einen zwingenden Grund, dies zu tun.

Haftungsausschluss: Dies gilt für die Punkt-zu-Punkt-Kommunikation zwischen der Quelle und dem Empfänger. Wenn sich auf dem Weg eine Kreuzung befindet, kann es sinnvoll sein, eine doppelte Terminierung zu verwenden - ich habe nicht darüber nachgedacht.

Ok, hier ist die lange, aber allzu verallgemeinerte Beschreibung dessen, was los ist ...

Die Impedanz der Übertragungsleitung (auch als Spur bezeichnet) beträgt 50 Ohm, was bedeutet, dass das Signal für den Fahrer wie eine Last von 50 Ohm aussieht, wenn es das Kabel hinunterläuft. Wenn es das Ende der Spur erreicht, wird es reflektiert und bewirkt, dass Teile der Spur vorübergehend eine viel höhere / niedrigere Spannung erreichen, als sie sollte. Wir nennen das Überschwingen und Unterschwingen.

Beim 50-Ohm-Source-Widerstand bildet der Widerstand plus 50-Ohm-Leiterbahn einen Spannungsteiler (dividiert durch 2). Kurz bevor das Signal das Ende erreicht, beträgt das Signal an dieser Stelle 50% der benötigten Amplitude. Kurz nachdem das Signal das Ende erreicht hat, kombiniert sich die Reflexion mit dem 50% -igen Originalsignal und ergibt ein perfektes Signal mit 100% Amplitude. Die Reflexion wandert zurück zum Quellwiderstand, wo sie absorbiert wird.

Ein Empfänger, der sich ganz am Ende der Kurve befindet, sieht eine größtenteils perfekte Signalflanke. Bei einem Empfänger in der Mitte oder in der Nähe des Widerstands wird zuerst ein Signal von 50% und dann ein Signal von 100% angezeigt. Aus diesem Grund wird die Quellterminierung nur verwendet, wenn nur ein Empfänger vorhanden ist und sich dieser Empfänger am Ende des Trace befinden muss.

Wenn der Widerstand nicht mit der Impedanz der Leitung / Leiterbahn / des Kabels übereinstimmt, beträgt der Spannungsteiler nicht 50%. Dies führt zu einer fehlerhaften Übereinstimmung und die Reflexion kann zu Problemen führen.

R1 ist nicht wichtig, vorausgesetzt, die Übertragungsleitung ist korrekt terminiert. Ich fahre solche Leitungen sehr oft und erhalte einen anständigen Empfang am anderen Ende der Übertragungsleitung, aber der muss korrekt terminiert sein.