Tại sao trở kháng đặc tính chỉ quan trọng khi dấu vết dài hơn nửa bước sóng?

Tại sao trở kháng đặc trưng của dấu vết không được xem xét khi dấu vết ngắn hơn nửa bước sóng? Tôi cũng gặp vấn đề tương tự với nhiễu xạ ánh sáng, xảy ra khi các lỗ nhỏ hơn nửa bước sóng - bằng cách nào đó có ý nghĩa, nhưng tôi không thể "nhìn thấy", tôi không hiểu bước sóng có liên quan đến sự phản xạ như thế nào (mà tôi giả sử là những lý do duy nhất tại sao chúng ta quan tâm đến kết hợp trở kháng). Tôi đang cố gắng để làm cho sự tương tự sóng biển hoạt động nhưng ... Chà, thực tế là tôi đang hỏi điều này nói lên tất cả.

Một số tự quảng cáo vô đạo đức: Mô phỏng đường truyền trực tuyến

Điều chỉnh độ dài đường truyền so với tần số tín hiệu tương đương với điều chỉnh độ trễ thời gian ( tDelay) so với thời gian tăng ( tRise).

Một số thông số thú vị: thiết lập tDelay=tRise/10 . Đây là trường hợp bước sóng dài hơn nhiều so với đường truyền. Lưu ý rằng dấu vết màu đỏ sẽ phản ánh từ đầu xa nhiều lần trước khi đạt đến mức "bật" cao nhất là 1V. Tuy nhiên, mỗi phản xạ tương đối nhỏ vì điện áp ở bên trái của vết đỏ không khác biệt đáng kể so với mức ổ đĩa (dấu vết màu xanh). Tín hiệu có thể truyền đến mục tiêu đủ nhanh để khoảng cách tách không bao giờ trở nên quá đáng kể.

Bây giờ lặp lại với một trường hợp nói tDelay=tRise/2. Lưu ý rằng sự phân tách điện áp nguồn lái xe từ điện áp kết thúc không khớp màu đỏ nhiều hơn đáng kể. Khi tín hiệu cuối cùng đến cuối đường truyền, sự phản xạ khá nghiêm trọng. Sự không phù hợp này giữa những gì người nhận nghĩ rằng điện áp ổ đĩa và điện áp ổ đĩa thực sự quyết định độ lớn của bất kỳ phản xạ nào. Các phản xạ lặp đi lặp lại do phản xạ làm cho mức dòng bắn quá mức mức nguồn, nhưng nhỏ hơn so với phản xạ đầu tiên. Tín hiệu phản xạ lặp đi lặp lại cho đến khi mức lắng xuống gần điện áp nguồn.

Một dấu vết bước sóng 1/4 hoặc ngắn hơn cũng có thể có ảnh hưởng đáng kể. Quy tắc thông thường mà tôi đã nghe và sử dụng là bạn có thể bỏ qua các hiệu ứng đường truyền khi độ dài nhỏ hơn 1/10 hoặc 1/20 bước sóng.

Ví dụ đơn giản, giả sử bạn chấm dứt một dòng bước sóng 1/4 bằng một mạch mở và điều khiển nó bằng một nguồn tần số duy nhất. Sau khi tín hiệu phản xạ trở lại nguồn (cách 1/4 bước sóng), nó sẽ nhìn về nguồn giống như nó đang lái một mạch ngắn thay vì mở. Đó là một hiệu ứng khá đáng kể.

Đối với tình huống thông thường hơn trong thiết kế kỹ thuật số, bạn thiết kế đường dây là 50 ohms và chấm dứt đường dây với 50 ohms, nhưng trở kháng đặc tính thực tế của đường dây có thể khác nhau trong sản xuất giữa 45 và 55 ohms. Bạn muốn biết một hiệu ứng sẽ có ảnh hưởng như thế nào đến tính toàn vẹn tín hiệu.

Nếu đường dây dài, tín hiệu truyền đến cuối và phản xạ lại. Sau đó, nó truyền trở lại nguồn (có thể không phù hợp chút nào) và phản ánh lại. Và như vậy. Điều này tạo ra một điện áp tại tải với một vòng đáng kể trên mỗi cạnh tăng và giảm. Thời gian để chiếc nhẫn này chết đi lâu hơn nếu dấu vết dài hơn bởi vì cần có thời gian để những phản xạ đó lan truyền qua lại.

Mặt khác, nếu đường truyền rất ngắn (bước sóng nhỏ hơn 1/10 ở "tần số tới hạn" liên quan đến thời gian tăng và giảm của tín hiệu số), tất cả các phản xạ này sẽ xảy ra trong thời gian tăng hoặc vẫn đang trong quá trình giảm giá và sẽ không tạo ra nhiều vòng (quá mức hoặc dưới mức) khi tải.

Đây là lý do tại sao bạn thường nghe thấy một quy tắc ngón tay cái rằng điều khiển trở kháng là không cần thiết khi chiều dài dấu vết là một phần nhỏ của bước sóng.

Bước sóng dài so với dấu vết thực sự có nghĩa là có rất ít điện áp dọc theo dấu vết - một đầu luôn luôn gần bằng điện áp với đầu kia (so với cường độ của tín hiệu) nên hiệu ứng phản xạ là tối thiểu.

Như @ThePhoton nói rằng bạn nên suy nghĩ bước sóng 1/10 hoặc 1/20 chứ không phải 1/4.

Nếu bạn nghĩ về sóng nước trong một bể sâu hẹp và một bên không thể cao hơn nhiều so với bên kia (gấp 10 lần bước sóng), nó sẽ trở nên giống như nâng và hạ nước trong bể.

Một dây cáp bị suy giảm một phần tư sóng sẽ trông giống như một ống dẫn ngắn và điều này cần tránh vì những lý do rõ ràng. Khi cáp giảm độ dài, mọi thứ trở nên tốt hơn đối với các phần tần số cao của phổ tín hiệu của bạn và nói chung, khoảng một phần mười của một bước sóng bước sóng bị lãng quên.

Đây là một dòng kết thúc mở trông như thế nào khi chiều dài của nó được khớp với một phần tư bước sóng của điện áp được áp dụng: -

http://www.ibiblio.org/kuphaldt/electricCircuits/AC/02383.png

Và, nếu bạn thực sự muốn hiểu thêm về nó, trang web này có thể giúp