3-3-6 多重反射导致的谐振
(1) 传输线路变成谐振器

如果像在数字信号中所描述那样,导线两端都发生反射,则会存在一个特定频率,使波形完全符合下一个周期的信号(如图3-3-16所示),同时反射波在导线来回一圈。在此频率处,传输线路可能作为一种谐振器,并导致非常大的电压或电流。此时需要注意,因为它可能使数字信号遭受振铃或者在特定频率处导致很强的噪声。

(2) 通过驻波观察谐振

图3-3-17采用了图3-3-14(b)中假定的20cm长信号线的情形,并叠加了以下几种情况下各频率处驻波的计算结果: (a)两端均终端匹配(无反射波),(b)只有终端发生反射,(c)两端均发生反射(多重反射)。在情形(a)下信号输出已经调整至1V(120dBµV)。

当没有发生任何反射时,所有频率范围内和所有位置上的电压都恒定(120dBµV)。信号在终端匹配的情况下正确进行传输。

(3) 只有一端发生反射时,会产生驻波

情形(b)将负载阻抗设定为1MΩ(几乎是开放和完全反射)。在这种情况下,可以观察到驻波,且电压随频率和位置而变化。这种状态可以认为是接近图3-3-11和图3-3-12中测量的状态。如果只有一端发生反射,无论反射有多强烈,超大值都不会超过原信号的两倍(增加6dB)

(4) 两端均发生反射时,谐振频率处出现大振荡

情形(c)在(b)中终端条件的基础上,使信号源的输出阻抗降低至10Ω,从而造成反射。在这种情况下,在某些频率处(大约为200MHz和650MHz)观察到了非常强烈的驻波。这些频率会造成多重反射,而且在某些情况下,电压或电流可能达到原信号的数倍,从而成为EMC措施方面的问题。

(5) 谐振传输线路也作为天线

当信号线如上所述作为谐振器时,需要特别注意,因为信号线本身可能成为一种微带天线并发射很强的噪声。谐振频率可能在使导线长度为二分之一波长的频率间隔处反复出现(在图3-3-17的示例中约为400MHz)。小心不要让数字信号的谐波接近这些频率。

为避免多重反射造成的谐振,需要在两端或一端进行阻抗匹配(如图3-3-17(a)或(b)所示),以吸收反射。如何终止数字信号线将在下一章节中讲述。

除了这样的信号电路之外,如果要处理噪声的传导路径(如电源线),通常也可以衰减信号。在这种情况下,除了终止之外,还可以通过加剧传输线的衰减来避免谐振。如果要加剧衰减,通常是增加一个电阻元件。

Resonance by multiple reflection

图3-3-16 多重反射导致的谐振

Changes in standing wave due to resonance

图3-3-17 谐振导致的驻波变化


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