Quelle est l'importance de la terminaison d'impédance de source?

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Étant donné un circuit comme celui-ci:

schématique

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

Quelle est l'importance de R1? On peut deviner que c'est pour rendre l'impédance de sortie de BUF1 égale à l'impédance de la ligne de transmission, mais pourquoi est-ce important? Que se passe-t-il si R1 est omis? Comment ce qui est à l'autre extrémité affecte-t-il cela? C'est peut-être une charge adaptée, ouverte ou courte. C'est peut-être une ligne de transmission avec des discontinuités.

transmission-line impedance-matching

— Phil Frost
source

Vous pouvez ignorer les effets de télégraphe de R1 si prop. le retard est <5% du temps de montée à 2cm / ns ou 0,5ns / cm prop. retard. Ensuite, la sortie est simplement un diviseur de tension avec une charge à n'importe quelle fréquence, sauf si vous êtes préoccupé par <1% d'ondulation ou de déphasage ou le retard prop prop lui-même. Sinon, il y a un coefficient de réflexion qui déforme la forme d'onde en commençant par la sonnerie sur les ondes de pas.

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

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L'idée est que les signaux se propagent à une vitesse finie, c'est-à-dire qu'un certain signal met du ttemps à passer d'une extrémité de la ligne de transmission à l'autre ligne. Le câble a également une certaine capacité / inductance intrinsèque par unité de longueur, qui peut être approximée avec une impédance caractéristique (en supposant sans perte):

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

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

Il s'agit de l'impédance initialement ressentie par la source lorsque le signal change, le niveau du signal agissant comme un circuit diviseur de tension entre R1 et Z0:

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

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

Lorsque le signal se propage à l'extrémité du câble, il se rendra compte qu'il n'y a rien dans lequel vider l'énergie du signal. Le signal doit aller quelque part, il rebondit donc sur l'extrémité éloignée et revient à la source. Quand il atteint la source, la tension de la source sera le double de l'original $V_s$ , qui refluent par R1 à la source.

Si $R_1$ = $Z_0$ , $V_S = V_{in}$ et toute la ligne de transmission a atteint un état stable, car plus aucune énergie ne peut être injectée ou absorbée par la ligne. Ceci est idéal car la ligne a atteint un état stable en~2t(un t pour atteindre la cible et un t pour revenir à la source).

Si $R_1$ est trop grand, $V_S$ sera toujours plus grand que $V_{in}$ donc la source continuera à déverser de l'énergie dans la ligne de transmission, et la tension de la ligne de transmission augmentera lentement à mesure que le signal rebondira.

Si $R_1$ est trop petit, $V_S$ va remettregaz lorsque le signal revient. Dans ce cas, une onde de front descendant se propagera le long de la ligne parce que la source essaie d'absorber l'excès d'énergie pompée dans la ligne, et à nouveau la tension rebondira d'avant en arrière jusqu'à ce que l'état stable soit atteint.

Dans les 2 derniers cas, la tension cible pourrait rebondir au-dessus / en dessous d'un certain niveau logique numérique plusieurs fois, de sorte que le récepteur pourrait obtenir de faux bits de données en conséquence. Cela pourrait également être potentiellement préjudiciable à la source car le signal réfléchi peut augmenter induire une contrainte excessive sur la source.

Maintenant, que se passe-t-il si nous attachons quelque chose de l'autre côté, comme une résistance $R_2$ ?

Désormais, la cible peut absorber de l'énergie et seule une fraction du signal d'origine est réfléchie. Si $R_2 = Z_0$ , nous avons à nouveau des impédances adaptées et aucun signal n'est réfléchi.

Si $R_2$ est trop petit / trop grand, nous nous retrouverons avec des signaux de réflexion similaires à ceux ci-dessus, sauf que le signal est inversé.

L'utilisation de $R_1 = Z_0$ peut toujours être utilisée pour éviter des rebonds répétés, mais la tension du signal en régime permanent sera le résultat du diviseur de tension entre R1 et R2. Si $R_2 = Z_0$ , il n'y a pas de réflexion donc la valeur de R1 n'a pas d'importance. Nous pourrions aussi bien choisir R1 = 0 pour que la tension cible soit la même que la tension source. Comme l'a souligné Supercat, vous pouvez également demander à la source de générer un signal deux fois la magnitude attendue et d'utiliser toujours $R_1 = R_2 = Z_0$

J'ai écrit un simulateur de ligne de transmission en ligne pour jouer avec qui montre la terminaison de la source. Je l'ai trouvé utile pour visualiser ces ondes de propagation de signal le long de la ligne de transmission. Choisissez un R2 assez grand et vous pouvez approximer un ouvert, comme le cas que vous avez. Cela ne modélise que les lignes de transmission sans perte, mais est généralement suffisamment précis.

— helloworld922
source

belle simulation. +1

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

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En termes d'intégrité du signal (mesurée par réponse échelonnée côté récepteur) les trois configurations sont identiques (Zsource - Zload):

1) 50 Ohm - infini (terminaison de source)
2) 0 Ohm - 50 Ohm (terminaison de charge)
3) 50 Ohm - 50 Ohm (terminaison aux deux extrémités)

Cependant, dans la troisième variante, il y a une diminution de 50% de l'amplitude. Donc, du point de vue pratique, la troisième option doit être évitée, sauf s'il existe une raison impérieuse de le faire.

Avis de non-responsabilité: cela couvre la communication unidirectionnelle par câble unidirectionnel idéal entre la source et le récepteur. S'il y a une jonction sur le chemin, alors il peut être judicieux d'utiliser la double terminaison - je n'y ai pas pensé.

— Sergei Gorbikov
source

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Ok, voici la description longue mais trop généralisée de ce qui se passe ...

L'impédance de la ligne de transmission (ou trace) est de 50 ohms, ce qui signifie que lorsque le signal descend le long du câble, il ressemble à une charge de 50 ohms pour le conducteur. Quand il atteint la fin de la trace, il réfléchit et fait que certaines parties de la trace atteignent temporairement une tension beaucoup plus élevée / plus basse que prévu. Nous appelons cela le dépassement et le sous-dépassement.

Avec la résistance de source de 50 ohms, la résistance plus la trace de 50 ohms forment un diviseur de tension (div par 2). Juste avant la fin du signal, le signal à cet endroit représente 50% de l'amplitude nécessaire. Juste après la fin du signal, la réflexion se combine avec le signal d'origine à 50% et donne un signal d'amplitude parfait à 100%. La réflexion revient à la résistance source où elle est absorbée.

Un récepteur situé tout à la fin de la trace verra un front de signal presque parfait. Mais un récepteur au milieu ou à proximité de la résistance verra d'abord un signal de 50% puis un signal de 100%. Pour cette raison, la terminaison de la source n'est utilisée que lorsqu'il n'y a qu'un seul récepteur et ce récepteur doit être situé à la fin de la trace.

Si la résistance ne correspond pas à l'impédance du fil / trace / câble, le diviseur de tension n'est pas de 50% - ce qui entraîne une correspondance imparfaite et la réflexion peut provoquer des problèmes.

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Utiliser la terminaison de source seule n'est pas génial, mais il est assez courant d'utiliser à la fois la terminaison de source et la terminaison de charge, et commencez simplement avec un signal deux fois plus fort que ce qui devrait être reçu à l'extrémité distante. L'utilisation de la source et de la terminaison de charge permettra à un signal de se propager proprement même s'il y a une section de la ligne de transmission où l'impédance n'est pas correcte (par exemple à la jonction de deux câbles). Si l'on utilisait la terminaison de charge seule, le signal reflétant cette imperfection serait réfléchi à la source et apparaîtrait quelque temps plus tard à la charge.

— supercat

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R_{1} = 0 Ω

$R_1=0\Omega$

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Je suppose que l'hypothèse ici est que l'impédance de charge à l'autre extrémité de la ligne est très grande, non? Ce n'était pas vraiment vrai dans les situations que j'avais en tête (j'ai probablement imaginé une antenne comme charge), mais je suppose que c'est la norme dans les circuits numériques. Ai-je raison?

— Phil Frost

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@DavidKessner: S'il y a une charge, et si l'on peut raisonnablement s'attendre à ce qu'il n'y ait pas de disparités d'impédance sur la ligne entre la source et la charge, la terminaison à la source seule est bonne. La vidéo semble utiliser généralement une source de 75 ohms et une impédance de charge, bien que j'ai vu un appareil faire toutes sortes de choses étranges de telle manière que certaines combinaisons fonctionnent ensemble et d'autres non.

— supercat

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@supercat Oui, la vidéo analogique sur coaxiale est la plus courante qui utilise la double terminaison. Gigabit Ethernet utilise également une double terminaison, mais plus car chaque paire de fils est bidirectionnelle. Les interfaces modernes qui utilisent la signalisation différentielle (HDMI, PCIe, SATA) utilisent une terminaison d'extrémité, mais principalement parce qu'elles utilisent la signalisation en mode actuel. Honnêtement, je n'ai pas fait les simulations de double terminaison avec des décalages car, à part la vidéo analogique, je n'en avais tout simplement pas besoin. Je vais jouer avec et voir ce qui se passe.

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R1 n'est pas important à condition que la ligne de transmission se termine correctement. Je conduis beaucoup de lignes comme celle-ci et j'obtiens une réception décente à l'extrémité de la ligne de transmission, mais elle doit être terminée correctement.

— Andy aka
source

R1 est la terminaison, elle est appelée terminaison source. Mais si vous avez une terminaison appropriée, R1 aggravera les choses. Si R1 = 50 et que vous avez une terminaison (50 ohms), votre signal entier sera atténué de 50%, ce qui n'est pas bon. Donc, évidemment, R1 est important.