我是电子新手,不明白什么是终止以及为什么需要它,尤其是在数字通信中。
谢谢
我是电子新手,不明白什么是终止以及为什么需要它,尤其是在数字通信中。
谢谢
可能是,更机械的解释有助于理解:
想象你有一根长绳子,一端固定在墙上,另一端由你握住。通过向上短划,您可以创建沿绳索行进的波浪:
(来自http://wwwex.physik.uni-ulm.de/lehre/physing1/node52.html)
现在,为什么会这样?想象绳子由许多小块组成,每个小块都对下一个施加一个力,因此会遇到来自其邻居的力。让我们专注于垂直力,并说力线性地取决于碎片之间的垂直距离。这是一个图表,显示了来自邻居的力和这些力的总和(即加速度的方向和强度)。波浪应该从左向右移动:
如您所见,第 15 件遇到向上的力,因此向上加速。件号 14 向下遇到相同的力,加上来自 13 号的更大的向上力,依此类推。
最后,后缘 (5, 6, 7) 上的棋子向下移动,但向上加速,直到它们停止。
13 号粒子不能移动,由于到 12 号粒子的垂直距离很大,12 号粒子会遇到非常强的向下力。它被向下打,最后,你得到一个水平翻转的波向后传播。
想象绳子在 12 和 13 之间被切断。对于最后一个图,这意味着没有 12 只遇到向上的力。最后,它将像鞭子的尖端一样上升到高于波浪的最大值,并产生一个新的、未翻转的波浪,沿着绳索向后传播。
好吧,通常,波浪只是被你的伙伴吸收,就好像绳子在他身后继续。这是因为他没有把末端握得像墙一样固定,也没有像什么都没有一样松散。
请注意,波浪的速度取决于其重量和张力。这是因为张力是这里描述的力的来源。
最后,信号传播类似于波在绳索上的传播。如果将信号线的末端短接到 GND,则将其保持在固定电位,就像墙壁一样,信号的边缘将以不同的幅度符号反射。如果末端没有连接任何东西,信号边沿将以相同的幅度符号反射。你可以通过一个电阻将信号连接到 GND 来防止反射,就像你的伙伴一样。很明显,电阻太高就像信号线开路,电阻太低就像对 GND 短路,因此您需要将电阻匹配到它刚刚吸收信号的确切值。
最后,出去用绳子试试这个东西。可能是,您可以要求您的伙伴像往常一样将绳子握得更紧或更松,但自然地,人们倾向于很好地匹配绳子的阻抗......
编辑:
昨天搜了一下,没找到。以下是直接连接到脉冲发生器和长电缆的示波器图片,从https://hohlerde.org/rauch/elektronik/kleines/kabelradar/index.de.html窃取:
在电缆末端短路,您会得到翻转反射:
对于开放式电缆,您会得到垂直反射:
使用正确的端接,没有反射。但是,终止有点太强了,因为你仍然看到有一点下降。
顺便说一句,反射大约在 20ns 后到达,因此每个方向 10ns。在 75% 的光速下,这意味着电缆长度约为 2.2m。
编辑2:
我在编写模拟时玩得很开心。如上所述,绳索被分成几段,每段上的垂直力由其到其直接邻居的垂直距离确定。这里是:
以下是最终帮助我理解端接和反射的内容:假设您有一根非常非常长的同轴电缆,其远端短接在一起。如果你把电流通过它,电压会是多少?
由于电缆在远端短路,您会期望电压保持在 0 附近。但是,远端距离很远 - 如果电压立即为 0 伏,我们的通信速度将比光快!相反,信号必须沿着电缆传播到短路,然后再次回到近端,然后才能看到我们一端的短路。这就是反射。
反射到达之前的信号是什么样的?好吧,电缆具有非零电阻和非零电容——在电气上,它就像一个长序列的串联电感器和并联电容器——这将导致它在信号传播时从我们的电流源充电。在电气上,这看起来像一个电阻 - 这称为特性阻抗。一根无限长的 50 欧姆同轴电缆在电气上看起来就像一个 50 欧姆电阻。在信号沿电缆传播期间,较短的电阻看起来像一个 50 欧姆的电阻。
然后,在我们的想象场景中,将电流施加到末端短路的长电缆上,电压波形将看起来像一个短峰值(电压等于电流 * 特性阻抗),然后返回(接近)0 伏。如果电缆的另一端是开路,它会看起来像一个短峰值,然后是更高的电压(由我们电流源的最大电压确定)。
假设我们不想要任何反射。如果我们用一个与电缆特性阻抗值相同的电阻器端接同轴电缆,我们就完成了!当信号传播时,同轴电缆看起来像一个 50 欧姆的电阻器,一旦传播完成,它仍然看起来像一个 50 欧姆的电阻器——因为我们在远端连接了一个。这是终止。
当您使用传输线和(相对)高频信号时,需要端接。沿传输线传播的信号实际上以电磁波的形式传播,并且由于阻抗的变化,该波可以被线路中的任何不连续性反射。这种确切的效果是导致光从水池或一块玻璃上反射出来的原因。端接是指在传输线的末端添加一个电阻器,以吸收沿线路传输的信号并防止反射。终端电阻器必须与线路阻抗匹配,以免产生不连续性和由此产生的反射。
这在高速数字系统中非常重要,因为这些反射会导致码间干扰,从而导致误码。顺便说一句,英特尔在提高 CPU 速度时遇到了这个问题。他们被迫雇佣大量的射频工程师来重新设计他们的主板以在高速下正确运行。
对于大多数 RF 应用,传输线通常用一个接地电阻端接。然而,在数字应用中,有时以几种不同的方式终止线路是有益的。对于某些总线,使用 1/2 Vcc 的端接电压,以便上拉和下拉所需的驱动强度是对称的,从而获得更好的性能。这对于包括 DDR2 和 DDR3 在内的高速内存总线很常见。对于差分线路,常见的端接方式是一个电阻器直接连接两个导体,而不是单个电阻器接地。
沿着电线传播的交流信号在其末端被反射。该反射信号与“真实”信号混合并造成干扰。端接通常意味着在末端放一个电阻;这使得线路末端表现得像无限长的电线(没有末端,所以没有反射)。
电阻的值取决于线路的阻抗。这就是为什么有一个特定的终端电阻值必须用于特定类型的线路或总线的原因。