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线缆的信号反射--通过实验解析

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上周在研究手上的函数发生器,想看看上升沿到底能快到什么程度。经过折腾,发现信号的上升沿可以支持到10ns,部分模式下的波形上升沿可以到6ns左右。那发个单脉冲的最小脉宽能到什么程度?经过尝试,大概是19.xxns。思来想去,这能干啥呢?

于是乎,我想到了一个实验:测试线缆的反射,看看到底怎样。说干就干!

   

一道问题


   

   

照例,先抛出一道问题:线缆反射的波形,你能区分出每一段如何形成的?分别是谁的波形(入射波,反射波?)?

如果你问我,知道这个有啥用?还真有用,后面有拓展应用。

   

信号反射的理论分析


   

   

关于信号反射的理论部分,强烈建议直接去看Eric Bogatin的《信号完整性与电源完整性分析》第8章,第二版是P163;也可以去看于博士的《信号完整性揭秘》第4章,P78。两位大佬讲的都挺好,这里不做赘述。咱这里只做实验,小实验。毕竟在这里,二火只是配角,小配角。

(该图片来自网络)

   

信号反射的实验搭建


   

   

搭建信号反射的实验,所需器材:
1、信号发生器(任意函数发生器),能输出脉宽可调的窄脉冲即可;
2、示波器;
3、BNC的3通转接头,用于转接线缆;
4、若干长度的同轴线缆;

器材梳理完,开整!

   

实验开始


   

   

通道1:信号发生器输出的信号经过线缆传输和反射后示波器获取到的波形;
通道4:信号发生器输出的原始信号,直接给到示波器显示;

1、信号脉冲的宽度调整为200ns,幅值Vpp=2V,先试试水!


波形有点看不懂,多测试几组。

2、信号脉冲的宽度调整为150ns,波形如下:


3、信号脉冲的宽度调整为100ns,波形如下:


4、信号脉冲的宽度调整为50ns,波形如下:


5、信号脉冲的宽度调整为20ns,波形如下:


这样一通操作下来,好像有点意思了!

   

信号反射的实验分析


   

   

我们以脉宽20ns的窄脉冲为例,这个波形最为典型,容易理解,分析下波形,如下图所示。


绿色的通道4为原始信号,黄色的通道1第一个波峰为原始信号的入射波,第二个波峰为反射波。通过黄色波形可以看出,两个波峰中间的时间△t,实测是130ns,这段时间是信号在线缆中往返的时间。


通过上图可以看出,原始信号的Vpp=2V,入射波的Vpp=1V,反射波的Vpp大约在0.8V。

问题:信号发生器输出的原始信号Vpp=2V,到入射波那里Vpp变成1V,为什么?

对这个问题,看过《示波器上的波形幅值总比信号源输出的信号大,什么情况?谁的锅?》的同学,应该比较清楚。信号发生器内部的输出电阻为50欧姆,线束为50欧姆,入射波的Vpp就分压到1V。至于后面反射波的Vpp更低,是因为线缆上有直流压降的衰减。

分析完脉宽20ns的情况,我们再看下脉宽150ns的窄脉冲。


问题:通道1的波形,为什么会有凸起?


来源:硬件微讲堂
电源信号完整性电源完整性理论
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2025-07-10
最近编辑:1天前
硬件微讲堂
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