关于低频忽略传输与反射的思考与讨论

CR400BF-BZ

以下为个人学习中的思考，欢迎各位讨论与指教！

Q：
低频不需要考虑传输与反射的概念，到了高频（射频）就必须要考虑传输与反射。为什么？

A：
一种宏观的简单解释：低频电磁波（傅里叶变换成不同频正弦波叠加）等效的波长非常长，电路各处电压幅度相位差别不大，电路看成集总参数电路。
更本质的理解：电路中的RLGC元件仍不变，而对任意互连线来说，不管信号频率（波长），都可按照传输线的方式进行建模，其中分段△z的尺度是与信号的波长相关的，一般应远小于信号波长（如小于十分之一波长），在△z内则可以按照集总参数建模，这就是传输线的建模思想。分布参数电路相对于集总参数电路的必要性在于电压电流在互连线各处已经不再相同，精确分析使得不能将互连线作为一个整体，而集总电路则不存在这个问题。对于低频信号来说，互连线长度已经远小于信号波长，按照传输线建模理论只需要一个△z的RLGC模型，而这，也就是集总电路中说的寄生参数。至于传播延时，则不论高低频电路中都是存在的（电磁波相速度）。
低频也存在反射（只要存在互连线，甚至人为加的电抗元件，就存在反射），只不过我们看到的是已经经过无数次反射以后达到稳态后的结果，而这是与用集总参数分析的结果相同的，故我们说不考虑反射的意思就是直接用集总参数来分析电路。不care低频反射的原因是建立时间相对于信号周期来说可忽略。
到高频要考虑传输线效应的原因是为了能让电路中各节点的信号电压一次建立（高频时信号传播/建立速度是很关键的），不匹配的话虽然稳态后传输的功率不变，但因为不匹配而需要经过一次又一次的反射，而这一次又一次的反射必然带来延时，降低信号传输速率并带来“噪声”，这在wireless和wireline电路中都是不想要的。

ngadjkn

好贴 收藏了

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理解集总参数电路与分布参数电路的鉴别（什么情况下电路需要匹配）：关键在于分析延时与反射

李玉彬

写的很好，有个问题：在需要使用分布模型，但没有进行阻抗匹配的时候，“信号在建立过程中会多次反射降低了传输速率并带来了噪声”，这句话对应到实际的芯片测试中，例如频谱仪阻抗与前端的巴伦的阻抗不匹配，是会使频谱仪上的噪底更高吗，会影响待测信号的频谱吗？

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李玉彬 发表于 2024-4-16 10:50
写的很好，有个问题：在需要使用分布模型，但没有进行阻抗匹配的时候，“信号在建立过程中会多次反射降低了 ...

是的。从时域上讲是信号的等效噪声（由反射导致）更高，而从频谱仪上的频谱上讲，应当是会产生很多大的幅度上的抖动，阻抗越不匹配，抖动的peak和notch之间差别越大。

李玉彬

CR400BF-BZ 发表于 2024-4-16 14:41
是的。从时域上讲是信号的等效噪声（由反射导致）更高，而从频谱仪上的频谱上讲，应当是会产生很多大的幅 ...

那如果信号频率低到不需要考虑波的传输与反射，是不是就可以使用集总参数来考虑测试，例如balun左右两侧的电阻都远远偏离50Ω，或者频谱仪的端口阻抗设置成一个很大的阻抗值，但是我们按照集总参数模型来分析，理论上使用这样的设置进行测量是没有问题的。但是不清楚这两种设置会在测试的时候是否会引起什么问题?

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李玉彬 发表于 2024-4-16 16:28
那如果信号频率低到不需要考虑波的传输与反射，是不是就可以使用集总参数来考虑测试，例如balun左右两侧 ...

这种就按电阻分压来考虑就行了。只是不按照50Ω来进行设计的话，频谱仪测得的值就需要你自己再换算一下了。——个人理解哈

李玉彬

CR400BF-BZ 发表于 2024-4-16 22:02
这种就按电阻分压来考虑就行了。只是不按照50Ω来进行设计的话，频谱仪测得的值就需要你自己再换算一下了 ...

感觉这样可行，有验证结果给你来个反馈哈哈