Quoi et pourquoi la résiliation?

Je suis nouveau dans l'électronique et je ne comprends pas ce qu'est la terminaison et pourquoi elle est nécessaire, en particulier dans les communications numériques.

Merci

Peut-être, une explication plus mécanique aide à comprendre:

Imaginez que vous avez une longue corde, une extrémité fixée à un mur, l'autre extrémité tenue par vous. Par une courte course vers le haut, vous pouvez créer une vague se déplaçant le long de la corde:

(depuis http://wwwex.physik.uni-ulm.de/lehre/physing1/node52.html )

Maintenant, pourquoi en est-il ainsi? Imaginez que la corde se compose de nombreux petits morceaux, chacun applique une force au suivant et rencontre donc une force sur elle-même de ses voisins. Concentrons-nous sur les forces verticales et disons que la force dépend linéairement de la distance verticale entre les pièces. Voici un graphique montrant les forces des voisins et la somme de ces prévisions (c'est-à-dire la direction et la force de l'accélération). La vague doit se déplacer de gauche à droite:

Comme vous pouvez le voir, la pièce n ° 15 rencontre une force ascendante et est donc accélérée vers le haut. Pièce no. 14 rencontre la même force vers le bas, plus une plus grande force vers le haut à partir de la pièce n ° 13 et ainsi de suite.

Enfin, les pièces sur le bord de fuite (5, 6, 7) se déplacent vers le bas, mais s'accélèrent vers le haut, jusqu'à ce qu'elles s'arrêtent.

Que se passe-t-il au mur?

La pièce 13 ne peut pas bouger, et en raison de la grande distance verticale avec la particule n ° 12, la n ° 12 rencontre une force descendante très forte. Il est poinçonné vers le bas, et enfin, vous obtenez une vague inversée horizontalement qui revient vers vous.

Et si la corde n'est pas du tout fixée?

Image la corde est coupée entre les pièces 12 et 13. Pour la dernière figure, cela signifie qu'aucun 12 ne rencontre la force ascendante uniquement. Enfin, il s'élèvera plus haut que le maximum de la vague comme la pointe d'un fouet, et générera une nouvelle vague non retournée remontant la corde.

Et si ton copain tient le deuxième bout?

Eh bien, en général, la vague est juste absorbée par votre copain, comme si la corde continuait derrière lui. En effet, il ne tient pas l'extrémité aussi fixe que le mur, mais pas aussi lâche que s'il n'y avait rien.

Notez que la vitesse de la vague dépend de son poids ainsi que de la tension. En effet, la tension est à l'origine des forces décrites ici.

Qu'est-ce que cela a à voir avec l'électronique?

Enfin, la propagation du signal est similaire à la propagation de l'onde sur la corde. Si vous court-circuitez l'extrémité de la ligne de signal à GND, vous la maintenez sur un potentiel fixe, comme le mur, et le bord d'un signal sera réfléchi avec un signe d'amplitude différent. Si l'extrémité n'est connectée à rien, les bords du signal seront réfléchis avec le même signe d'amplitude. Vous pouvez empêcher la réflexion en connectant le signal à GND via une résistance, comme votre copain. Il est clair qu'une résistance trop élevée est comme une ligne de signal ouverte et une résistance trop faible est comme un court-circuit à GND, vous devez donc faire correspondre la résistance à la valeur exacte où elle absorbe simplement le signal.

Enfin, sortez et essayez ce truc avec la corde. Peut-être, vous pouvez demander à votre copain de tenir la corde plus serrée ou plus lâche comme d'habitude, mais naturellement, les gens ont tendance à correspondre assez bien à l'impédance de la corde.

ÉDITER:

Je l'ai cherché hier, mais je ne l'ai pas trouvé. Voici des images de lunette de visée directement connectées à un générateur d'impulsions plus un long câble, volées à https://hohlerde.org/rauch/elektronik/kleines/kabelradar/index.de.html :

Court-circuit à l'extrémité du câble, vous obtenez une réflexion inversée:

Pour un câble à extrémité ouverte, vous obtenez une réflexion verticale:

Avec la terminaison correcte, il n'y a pas de réflexion. Cependant, la terminaison est un peu trop forte, car vous voyez toujours un petit creux vers le bas.

Soit dit en passant, la réflexion arrive après environ 20ns, donc 10ns par direction. À 75% de la vitesse de la lumière, cela se traduit par une longueur de câble d'environ 2,2 m.

EDIT2:

J'ai eu du plaisir à écrire une simulation. Comme ci-dessus, la corde est divisée en plusieurs morceaux, et la force verticale sur chaque morceau est déterminée à partir de sa distance verticale à ses voisins directs. C'est ici:

Voici ce qui m'a finalement aidé à comprendre la terminaison et les réflexions: supposons que vous ayez un câble coaxial vraiment, vraiment long, avec l'extrémité éloignée court-circuitée ensemble. Si vous y mettez du courant, quelle sera la tension?

Parce que le câble est court-circuité à l'extrémité distante, vous vous attendez à ce que la tension reste proche de 0. Mais, l'extrémité distante est loin - si la tension était immédiatement de 0 volt, nous communiquerions plus rapidement que la lumière! Au lieu de cela, le signal doit se propager le long du câble vers le court, puis de nouveau vers l'extrémité proche, avant de voir le court-circuit de notre côté. Voilà ce qu'est une réflexion.

À quoi ressemble le signal dans le temps avant l'arrivée de la réflexion? Eh bien, le câble a une résistance non nulle et une capacité non nulle - électriquement, c'est comme une longue séquence d'inductances en série et de condensateurs shunt - et cela le fera se charger à partir de notre source de courant pendant que le signal se propage. Électriquement, cela ressemble à une résistance - c'est ce qu'on appelle l'impédance caractéristique. Un morceau infiniment long de câble coaxial de 50 ohms ressemblerait exactement à une résistance de 50 ohms, électriquement. Une plus courte ressemble à une résistance de 50 ohms pendant la période où le signal se propage le long du câble.

Dans notre scénario imaginaire, alors, en appliquant du courant à un long câble avec un court-circuit à la fin, la forme d'onde de tension ressemblera à un pic court (avec une tension égale au courant * caractéristique_impédance) suivi d'un retour à (presque) 0 volt. Si l'autre extrémité du câble était un circuit ouvert, cela ressemblerait plutôt à une courte crête suivie d'une tension plus élevée (déterminée par la tension maximale de notre source de courant).

Supposons que nous ne voulions pas de réflexions. Si nous terminons le câble coaxial avec une résistance qui a la même valeur que l'impédance caractéristique du câble, nous sommes triés! Le câble coaxial ressemble à une résistance de 50 ohms pendant que le signal se propage, et ressemble toujours à une résistance de 50 ohms une fois la propagation terminée - parce que nous en avons connecté une à l'autre extrémité. C'est la résiliation.

La terminaison est nécessaire lorsque vous travaillez avec des lignes de transmission et des signaux (relativement) à haute fréquence. Les signaux descendant le long des lignes de transmission se déplacent en fait sous la forme d'une onde électromagnétique, et cette onde peut être réfléchie par toute discontinuité dans la ligne en raison de changements d'impédance. Cet effet exact est ce qui provoque la réflexion de la lumière sur une piscine d'eau ou un morceau de verre. La terminaison fait référence à l'ajout d'une résistance à la fin d'une ligne de transmission pour absorber le signal se déplaçant sur la ligne et empêcher les réflexions. La résistance de terminaison doit être adaptée à l'impédance de ligne afin de ne pas créer de discontinuité et les réflexions résultantes.

Ceci est extrêmement important dans les systèmes numériques à grande vitesse car ces réflexions peuvent provoquer des interférences intersymboles qui entraînent des erreurs de bits. Par ailleurs, Intel a rencontré ce problème alors qu'ils augmentaient la vitesse de leurs processeurs. Ils ont été contraints d'embaucher un grand nombre d'ingénieurs RF pour repenser leurs cartes mères afin qu'elles fonctionnent correctement à haute vitesse.

Pour la plupart des applications RF, les lignes de transmission sont généralement terminées par une résistance à la terre. Cependant, dans les applications numériques, il est parfois avantageux de terminer la ligne de deux manières différentes. Pour certains bus, une tension de terminaison de 1/2 Vcc est utilisée afin que les forces d'entraînement requises pour le pull-up et le pull-down soient symétriques, ce qui améliore les performances. Ceci est courant pour les bus mémoire haute vitesse, y compris DDR2 et DDR3. Pour les lignes différentielles, un style de terminaison commun est une résistance qui relie directement les deux conducteurs par opposition aux résistances individuelles à la terre.

Les signaux CA qui voyagent le long d'un fil se reflètent à ses extrémités. Ce signal réfléchi se mélange au signal "réel" et provoque des interférences. La terminaison signifie généralement de mettre une résistance à la fin; cela fait que l'extrémité de la ligne se comporte comme une longueur infinie de fil (sans extrémité, donc sans réflexion).

La valeur de la résistance dépend de l' impédance de la ligne . C'est pourquoi il existe une valeur de résistance de terminaison spécifique qui doit être utilisée pour un type spécifique de ligne ou de bus.