¿Cuál es la importancia de la terminación de la impedancia de la fuente?

La idea es que las señales se propagan a una velocidad finita, es decir, que cierta señal toma t tiempo para pasar de un extremo de la línea de transmisión a la otra línea. El cable también tiene alguna capacitancia / inductancia intrínseca por unidad de longitud, que se puede aproximar con una impedancia característica (suponiendo que no hay pérdidas):

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

Esta es la impedancia experimentada inicialmente por la fuente cuando cambia la señal, con el nivel de la señal actuando como un circuito divisor de voltaje entre R1 y Z0: \ begin {equation} V_s = V_ {in} \ frac {Z_0} {R_1 + Z_0} \ end {ecuación}

Cuando la señal se propaga hasta el final del cable, se dará cuenta de que no hay nada en lo que volcar la energía de la señal. La señal debe ir a algún lugar, por lo que rebota en el extremo remoto y regresa a la fuente. Cuando llegue a la fuente, el voltaje de la fuente será dos veces el original \ $ V_s \ $, que fluirá de regreso a través de R1 a la fuente.

Si \ $ R_1 \ $ = \ $ Z_0 \ $, \ $ V_S = V_ {in} \ $ y toda la línea de transmisión ha alcanzado un estado estable porque no se puede inyectar ni absorber más energía de la línea. Esto es ideal porque la línea ha alcanzado un estado estable en ~2t (una t para llegar al objetivo y una t para volver a la fuente).

Si \ $ R_1 \ $ es demasiado grande, \ $ V_S \ $ seguirá siendo menor que \ $ V_ {in} \ $ por lo que la fuente continuará descargando energía en la línea de transmisión, y el voltaje de la línea de transmisión avanza lentamente a medida que la señal rebota hacia atrás / adelante.

Si \ $ R_1 \ $ es demasiado pequeño, \ $ V_S \ $ se rebasará cuando vuelva la señal. En este caso, una onda de borde descendente se propagará por la línea porque la fuente está tratando de absorber el exceso de energía bombeada en la línea, y nuevamente el voltaje rebotará hacia atrás / adelante hasta que se alcance un estado estable.

En los últimos 2 casos, el voltaje objetivo podría rebotar por encima o por debajo de un cierto nivel lógico digital varias veces, por lo que el receptor podría obtener bits de datos falsos como resultado. Esto también podría ser potencialmente dañino para la fuente, ya que la señal reflejada puede aumentar y provocar un exceso de estrés en la fuente.

Ahora, ¿qué sucede si adjuntamos algo al otro lado, como una resistencia \ $ R_2 \ $?

Ahora el objetivo puede absorber energía, y solo se refleja una fracción de la señal original. Si \ $ R_2 = Z_0 \ $, nuevamente tenemos impedancias coincidentes y no se refleja ninguna señal.

Si \ $ R_2 \ $ es demasiado pequeño / demasiado grande, terminaremos con señales de reflexión similares a las anteriores, excepto que la señal se invierte.

El uso de \ $ R_1 = Z_0 \ $ aún se puede usar para evitar el rebote repetido, pero el voltaje de la señal de estado estable será el resultado del divisor de voltaje entre R1 y R2. Si \ $ R_2 = Z_0 \ $, no hay reflexión, por lo que el valor de R1 no importa. También podríamos elegir R1 = 0 para que el voltaje objetivo sea el mismo que el voltaje de la fuente. Como lo señaló el supercat, también puede hacer que el origen registre una señal el doble de la magnitud que espera el objetivo y aún así usar \ $ R_1 = R_2 = Z_0 \ $

Escribí un simulador de línea de transmisión en línea para jugar con lo que demuestra terminación de la fuente. Me pareció útil para visualizar estas ondas de propagación de señal a lo largo de la línea de transmisión. Elija un R2 lo suficientemente grande y puede aproximarse a un abierto, como el caso que tiene. Esto solo modela líneas de transmisión sin pérdidas, pero generalmente es lo suficientemente preciso.

Ok, aquí está la descripción larga pero demasiado generalizada de lo que está pasando ...

La impedancia de la línea de transmisión (a.k.a. trace) es de 50 ohmios, lo que significa que a medida que la señal desciende por el cable parece una carga de 50 ohmios para el conductor. Cuando llega al final de la traza, se refleja y hace que partes de la traza alcancen temporalmente un voltaje mucho más alto / más bajo de lo que debería. Llamamos a esto rebasamiento y subestimación.

Con la resistencia de la fuente de 50 ohmios, la resistencia más la traza de 50 ohmios forma un divisor de voltaje (div por 2). Justo antes de que la señal llegue al final, la señal en esa ubicación es el 50% de la amplitud necesaria. Justo después de que la señal llega al final, la reflexión se combina con el 50% de la señal original y da como resultado una perfecta señal de amplitud del 100%. El reflejo regresa a la resistencia de origen donde se absorbe.

Un receptor ubicado al final de la traza verá un borde de señal casi perfecto. Pero un receptor en el medio o cerca de la resistencia verá primero una señal del 50% y luego una señal del 100%. Debido a esto, la terminación de la fuente solo se usa cuando hay un solo receptor y ese receptor debe estar ubicado al final de la traza.

Si la resistencia no coincide con la impedancia del cable / traza / cable, el divisor de voltaje no es del 50%, lo que da como resultado una coincidencia imperfecta y la reflexión podría causar problemas.

R1 no es importante siempre que la línea de transmisión se termine correctamente. Conduzco líneas como esta y obtengo una recepción decente en el extremo opuesto de la línea de transmisión, pero debe terminarse correctamente.

En términos de integridad de la señal (medida por la respuesta al escalón en el lado del receptor) las tres configuraciones son idénticas (Zsource - Zload):

1) 50 ohmios - infinito (terminación de la fuente)
2) 0 Ohm - 50 Ohm (terminación de carga)
3) 50 ohmios - 50 ohmios (terminación en ambos extremos)

Sin embargo, en la tercera variante hay una disminución del 50% en la amplitud. Por lo tanto, desde el punto de vista práctico, la tercera opción debe evitarse a menos que haya una razón convincente para hacerlo.

Exención de responsabilidad: esto cubre la comunicación en una dirección del cable ideal punto a punto de un solo cable entre la fuente y el receptor. Si hay un cruce en el camino, entonces puede tener sentido utilizar la terminación dual, no lo pensé.