传输线反射以及终端电阻
第五章 传输线与反射
1V入射信号，终端电压值。为入射波与反射波之和。16
第五章 传输线与反射
5.3 电阻性负载的反射
那么采用源端匹配还是终端匹配？
• 常说采用源端匹配较好，为什么？假设源端不匹 配（如传输线特性阻抗为50W ，源内阻为10W）， 而终端匹配（终端负载为50W）。此时，因为传输 线上电压分压的关系，终端实际电压反而不到1V （50/60×1V=0.83V）。另外，终端常常给定的， 或者是要求高阻负载，不易匹配。 • 相 反 ， 对 于 1V 的 信 号 源 ， 当 源 端 单 端 匹 配 （50W），而终端开路时，传输线分压所得的0.5V， 在终端叠加成1V。当反射波返回源端时即被吸收， 不再形成振铃。因此，终端波形为1V的阶跃函数。
利用网格图仿真传输线远端的电压。用SPICE仿真得到。
23
第五章 传输线与反射
5.5 反弹图
图中有两个重要的特性：
第一，远端的电压最终逼近源电压1V，因为该 电路是开路的。所以，这是一个必然的结果， 即源电压最终是加在开路上。
第二，开路处的实际电压有时大于源电压。源 电压仅1V，然而远端测得的最大电压是1.68V。
入射信号穿越分界面时，产 生了反射电压和电流，从而 使分界面两侧的电压和电流 回路相匹配。
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第五章 传输线与反射
5.2 反射形成机理
• 入 射 信 号 Vinc 向 着 分 界 面 传 播 ， 而 传 输 信 号 Vtrans向远离分界面的方向传播。分界面两侧电 压相同的条件：
Vinc Vrefl Vtrans
驱动器分别连接电阻10kW和10W时的输出电压。由这两个电压 19 计算驱动器内阻。
终端电阻
终端电阻的含义
高频信号传输时，信号波长相对于传输线较短，信号在传输终端会形成反射波，干扰原信号，所以在传输末端要加终端电阻，使信号到达传输末端后不反射。
对于低频信号则不用，在长线信号传输时，一般避免信号的反射和回波，也需要在接受终端接入终端电阻匹配。
终端匹配电阻取决于电缆的阻抗特性，与电缆长度无关。
RS485/RS422一般采用双绞线连接（屏蔽或非屏蔽），终端电阻一般介于100-140欧姆，典型值为120欧姆，在实际配置中，在电缆的缆的两个终端节点上，起始端和最远端各接入一个终端电阻，儿处于中间的各节点，不能接入终端电阻，否则将导致通讯失误。
终端电阻的作用：一般说法：终端电阻是为了消除在电缆中的信号反射，在通信中有两种情况导致信号反射，阻抗不连续和阻抗不匹配，1.阻抗不连续，信号在传输线末端突然遇到电缆阻值很小，甚至没有，信号在这个地方就会引起反射，这种信号反射原理，与光从一种介质进入另一种介质原理相似，消除这种反射，就必须在电缆末端跨接一个与电缆的特性阻抗同样大小到的终端电阻，使电缆阻抗连续，由于信号在电缆上的传输是双向的，引起信号反射的另一原因是数据收发器与传输电缆之间的阻抗不匹配，这种原因引起的反射主要表现在通讯线路在恐闲方式时，整个网络数据混乱，要减弱反射信号对通讯线路的影响，通常采用噪声抑制和加偏置电阻的方法。
RS485通讯原理，采用两根双绞线，一根A+或信号正极，一根A-或信号负极，采用差分信号，正信号在+2--+6V之间，负信号在-2---6V之间。
RS422通讯原理，采用四根线。
发射+，发射-，接收+，接收-.
RS232通讯原理,三根线，发射2-3，接受3-2. 5-5GND,发射和GND比较电压，接受和GND 比较电压，记录电压即可。
信号完整性(SI)分析-9~10传输线与反射
反射和失真使信号质量下降。一些情况下，它们看起来 就像是振铃。引起信号电平下降的下冲可能会超过噪声容 限，造成误触发。图 8.1 示例了短传输线末端由阻抗突变 造成的反射噪声。
Voltage, V ── 电压，V
time，nsec ──时间，ns
图 8.1 在 1 in 长、阻抗可控互连线的接收端，由于阻抗不匹配和 多次反射而产生的“振铃”噪声。
第二种特殊情况是传输线的末端与返回路径相短路， 即末端阻抗为 0。反射系数为(0 - 50) /(0 + 50) = -1。 1V 入射信号到达远端时，产生-1V 反射信号向源端传播。 短路突变处测得的电压为入射电压与反射电压之和， 即 1V + -1V＝0。这是合理的，因为如果此处是严格按定义 规定的短路，短路点两侧不可能有电压差。此处电压为 0V 的原因就是它是从源端出发的正向行波和返回源端的负向 行波之和。
高速电路与系统互连设计中 信号完整性(SI)分析
(之9~10[八]：传输线与反射)
李玉山
西安电子科技大学电路CAD研究所
8.0
提示
引言
如果信号沿互连线传播时所受到的瞬态阻抗发生变化，则一部分信号将
被反射，另一部分发生失真并继续传播下去，这一原理正是单一网络中多数信号完整 性问题产生的主要原因。
―――――――――――――――――――――――――――――――――
reflected ──反射
incident── 入射
measured ──测量
图 8.4 如果区域 2 是开路，则反射系数
经常说信号到达传输线的末端时，其值翻倍。从数值上这是正确的，可实
际上发生的情况并非如此。总电压即两个行波之和虽然是入射电压的两倍，但是这样 说会引起错误的直觉。最好还是把末端电压看作入射电压与反射电压之和。
can终端电阻误差
can终端电阻误差1.引言1.1 概述本文讨论的主题是终端电阻误差。
终端电阻是指在电路中用于匹配阻抗、降低反射波的电阻。
在实际应用中，终端电阻误差是无法避免的，它会对电路的性能产生一定的影响。
因此，减小终端电阻误差是非常重要的。
在本文中，我们将首先介绍终端电阻的定义。
终端电阻是指在电路的末端或信号源的输出端串联的一个电阻。
它对于电路的性能具有重要意义。
终端电阻的大小和阻值决定了电路的特性阻抗，它会影响信号的传输和反射情况。
接下来，我们将讨论终端电阻误差的影响因素。
终端电阻误差的大小受到多种因素的影响，包括电阻的精度、温度变化、线路长度等。
这些因素将会引起终端电阻的实际阻值与理论阻值之间的差异，从而产生误差。
针对终端电阻误差的重要性，我们将在结论部分进行具体的阐述。
终端电阻误差会对电路的性能造成一定的影响，因此我们需要对其进行合理的控制和减小。
在文章的最后，我们将提出一些减小终端电阻误差的方法和建议，以帮助读者更好地理解和应用终端电阻。
通过本文的阐述，读者将能够了解到终端电阻误差的概念、影响因素以及减小误差的方法，从而对终端电阻误差有一个更加深入的理解。
此外，本文还将通过详细的论述和实例分析，帮助读者更好地应用终端电阻，提高电路性能和实际应用效果。
文章结构部分的内容如下：1.2 文章结构本文将分为三个主要部分来探讨终端电阻误差的问题。
首先，在引言部分，我们将对本文的整体内容进行概述，明确文章的目的和重要性。
接着，在正文部分，我们将详细介绍终端电阻的定义，并深入分析终端电阻误差的影响因素。
最后，在结论部分，我们将强调终端电阻误差的重要性，并提出一些可行的方法来减小这种误差。
在正文部分的第二章，我们将从终端电阻的定义入手，介绍终端电阻的基本概念和作用。
我们将探讨终端电阻在电路中的具体作用，以及它对电路性能的影响。
同时，我们将对终端电阻的特性进行介绍，包括典型的终端电阻值范围和常见的终端电阻类型。
接下来，在第三章中，我们将重点讨论终端电阻误差的影响因素。
终端电阻的作用
在通讯中，增加终端电阻的作用是什么？（1）一般说法：终端电阻是为了消除在通信电缆中的信号反射。
在通信过程中，有两种原因因导致信号反射：阻抗不连续和阻抗不匹配。
阻抗不连续，信号在传输线末端突然遇到电缆阻抗很小甚至没有，信号在这个地方就会引起反射。
这种信号反射的原理，与光从一种媒质进入另一种媒质要引起反射是相似的。
消除这种反射的方法，就必须在电缆的末端跨接一个与电缆的特性阻抗同样大小的终端电阻，使电缆的阻抗连续。
由于信号在电缆上的传输是双向的，因此，在通讯电缆的另一端可跨接一个同样大小的终端电阻。
引起信号反射的另个原因是数据收发器与传输电缆之间的阻抗不匹配。
这种原因引起的反射，主要表现在通讯线路处在空闲方式时，整个网络数据混乱。
要减弱反射信号对通讯线路的影响，通常采用噪声抑制和加偏置电阻的方法。
在实际应用中，对于比较小的反射信号，为简单方便，经常采用加偏置电阻的方法。
（2）永宏PLC手册：信号传输电路由于各种传输线都有其特性阻抗（以Twisted Pair 而言约为120Ω）。
当信号在传输线中传输至终端时，如果它的终端阻抗和特性阻抗不同时，将会造成反射，而使信号波形失真（凹陷或凸出）。
该失真的现象在传输线短时并不明显，但随着传输线的加长会更加严重，致使无法正确传输，这时就必须加装终端电阻（Terminator）。
FBs-PLC 内部已安装有120Ω终端电阻，要施加终端电阻时请打开PLC 通讯盖板，将指拨开关调到〝ON〞的位置上（出厂时指拨是置于〝OFF〞位置），但注意终端电阻只能在Bus 的最左和最右的两侧PLC上施加，两侧间的所有PLC 指拨需置于〝OFF〞位置，否则会造成RS-485 推动能力不足。
一个485网络，可能最多会有32个设备接上去，线长最大为1千米。
这个终端负载电阻线路的两端用阻抗匹配电阻,是所有的电阻都是XXX欧，还是这么多并起来的等效电阻值是120欧（是芯片的资料上给出的终端负载电阻）.终端电阻和偏置电阻一个正规的RS-485网络（比如MPI，DP）应使用终端电阻和偏置电阻。
终端电阻
终端电阻在通讯中，增加终端电阻的作用是什么？（1）一般说法：终端电阻是为了消除在通信电缆中的信号反射。
在通信过程中，有两种原因因导致信号反射：阻抗不连续和阻抗不匹配。
阻抗不连续，信号在传输线末端突然遇到电缆阻抗很小甚至没有，信号在这个地方就会引起反射。
这种信号反射的原理，与光从一种媒质进入另一种媒质要引起反射是相似的。
消除这种反射的方法，就必须在电缆的末端跨接一个与电缆的特性阻抗同样大小的终端电阻，使电缆的阻抗连续。
由于信号在电缆上的传输是双向的，因此，在通讯电缆的另一端可跨接一个同样大小的终端电阻。
引起信号反射的另个原因是数据收发器与传输电缆之间的阻抗不匹配。
这种原因引起的反射，主要表现在通讯线路处在空闲方式时，整个网络数据混乱。
要减弱反射信号对通讯线路的影响，通常采用噪声抑制和加偏置电阻的方法。
在实际应用中，对于比较小的反射信号，为简单方便，经常采用加偏置电阻的方法。
（2）永宏PLC手册：信号传输电路由于各种传输线都有其特性阻抗（以Twisted Pair 而言约为120Ω）。
当信号在传输线中传输至终端时，如果它的终端阻抗和特性阻抗不同时，将会造成反射，而使信号波形失真（凹陷或凸出）。
该失真的现象在传输线短时并不明显，但随着传输线的加长会更加严重，致使无法正确传输，这时就必须加装终端电阻（Terminator）。
FBs-PLC 内部已安装有120Ω终端电阻，要施加终端电阻时请打开PLC 通讯盖板，将指拨开关调到〝ON〞的位置上（出厂时指拨是置于〝OFF〞位置），但注意终端电阻只能在Bus 的最左和最右的两侧PLC上施加，两侧间的所有PLC 指拨需置于〝OFF〞位置，否则会造成RS-485 推动能力不足。
终端电阻在通信中的作用2007-11-16 15:07终端电阻是为了消除在通信电缆中的信号反射。
在通信过程中，有两种原因因导致信号反射：阻抗不连续和阻抗不匹配。
阻抗不连续，信号在传输线末端突然遇到电缆阻抗很小甚至没有，信号在这个地方就会引起反射。
终端电阻
终端电阻在通信中的作用终端电阻是为了消除在通信电缆中的信号反射。
在通信过程中，有两种原因因导致信号反射：阻抗不连续和阻抗不匹配。
阻抗不连续，信号在传输线末端突然遇到电缆阻抗很小甚至没有，信号在这个地方就会引起反射。
这种信号反射的原理，与光从一种媒质进入另一种媒质要引起反射是相似的。
消除这种反射的方法，就必须在电缆的末端跨接一个与电缆的特性阻抗同样大小的终端电阻，使电缆的阻抗连续。
由于信号在电缆上的传输是双向的，因此，在通讯电缆的另一端可跨接一个同样大小的终端电阻。
引起信号反射的另个原因是数据收发器与传输电缆之间的阻抗不匹配。
这种原因引起的反射，主要表现在通讯线路处在空闲方式时，整个网络数据混乱。
要减弱反射信号对通讯线路的影响，通常采用噪声抑制和加偏置电阻的方法。
在实际应用中，对于比较小的反射信号，为简单方便，经常采用加偏置电阻的方法。
一般终端匹配采用终端电阻方法，RS-485应在总线电缆的开始和末端都并接终端电阻。
终接电阻在RS-485网络中取120Ω。
相当于电缆特性阻抗的电阻，因为大多数双绞线电缆特性阻抗大约在100～120Ω。
这种匹配方法简单有效，但有一个缺点，匹配电阻要消耗较大功率，对于功耗限制比较严格的系统不太适合。
另外一种比较省电的匹配方式是RC匹配。
利用一只电容C隔断直流成分可以节省大部分功率。
但电容C的取值是个难点，需要在功耗和匹配质量间进行折衷。
还有一种采用二极管的匹配方法，这种方案虽未实现真正的“匹配”，但它利用二极管的钳位作用能迅速削弱反射信号，达到改善信号质量的目的，节能效果显著。
肖特基二极管“匹配”：当受到功耗限制时,肖特基二极管提供了另外一种终端连接方法。
与前面介绍的方法不同的是,它并不打算与电缆线匹配,而是简单地把反射信号引起的过压或欠压信号进行钳位。
其结果是,总线或接收器输入端电压信号被限制在VCC+VFD（二极管正向导通电压）或GND-VFD范围内。
由于肖特基二极管仅在电压过冲时起作用,因此它们消耗很少一点能量。
为什么RS485总线要接终端电阻.
[资源分享] 为什么RS485总线要接终端电阻终端电阻是为了消除在通信电缆中的信号反射。
在通信过程中，有两种信号因导致信号反射：阻抗不连续和阻抗不匹配。
阻抗不连续，信号在传输线末端突然遇到电缆阻抗很小甚至没有，信号在这个地方就会引起反射。
这种信号反射的原理，与光从一种媒质进入另一种媒质要引起反射是相似的。
消除这种反射的方法，就必须在电缆的末端跨接一个与电缆的特性阻抗同样大小的终端电阻，使电缆的阻抗连续。
由于信号在电缆上的传输是双向的，因此，在通讯电缆的另一端可跨接一个同样大小的终端电阻。
引起信号反射的另个原因是数据收发器与传输电缆之间的阻抗不匹配。
这种原因引起的反射，主要表现在通讯线路处在空闲方式时，整个网络数据混乱。
要减弱反射信号对通讯线路的影响，通常采用噪声抑制和加偏置电阻的方法。
在实际应用中，对于比较小的反射信号，为简单方便，经常采用加偏置电阻的方法。
补充说明：1.RS-485需要2个终接电阻，接在传输总线的两端，其阻值要求等于传输电缆的特性阻抗。
在短距离传输时可不需终接电阻，即一般在300米以下不需终接电阻。
2. 为了抑制干扰，RS485总线常在最后一台设备之后接入一个120欧的电阻（即为上面所述）。
3.RS-485与RS-422的共模输出电压是不同的。
RS-485共模输出电压在-7V 至+12V之间， RS-422在-7V 至+7V之间，RS-485接收器最小输入阻抗为12KΩ；RS-422是4kΩ；RS-485满足所有RS-422的规范，所以RS-485的驱动器可以用在RS-422网络中应用。
RS485为什么长距离通信时要加一个终端电阻？485的通信方式就是一个正极D+和一个负极D －，两线间的电压为0和1的信号，为什么长距离的时候要加一个终端电阻？在后面并个电阻的作用是什么？个人感觉并不并联这个电阻从电气原理上好像没有太多的意义？这个电阻为什么能识别是整个网络节点中的最后一个设备？最佳答案恩，作为网络传输路径，其中一个重要的指标就是信号反射。
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传输线反射以及终端电阻
传输线反射(reflection) 就是在传输线上的回波。
信号功率(电压和电流)的一部分传输到线上并达到负载处，但是有一部分被反射了。
如果源端与负载端具有相同的阻抗，反射就不会发生了。
源端与负载端阻抗不匹配会引起线上反射，负载将一部分电压反射回源端。
如果负载阻抗小于源阻抗，反射电压为负，反之，如果负载阻抗大于源阻抗，反射电压为正。
布线的几何形状、不正确的线端接、经过连接器的传输及电源平面的不连续等因素的变化均会导致此类反射。
反射(reflection) 就是在传输线上的回波。
信号功率(电压和电流)的一部分传输到线上并达到负载处，但是有一部分被反射了。
如果源端与负载端具有相同的阻抗，反射就不会发生了。
源端与负载端阻抗不匹配会引起线上反射，负载将一部分电压反射回源端。
如果负载阻抗小于源阻抗，反射电压为负，反之，如果负载阻抗大于源阻抗，反射电压为正。
布线的几何形状、不正确的线端接、经过连接器的传输及电源平面的不连续等因素的变化均会导致此类反射。
按照传输线理论，当负载与输出不匹配时，信号的传输为非理想行波状态（驻波或反射），会出现波形失真或衰减。
阻抗匹配则传输功率大，对于一个电源来讲，当它的内阻等于负载时，输出功率最大，此时阻抗匹配。
最大功率传输定理，如果是高频的话，就是无反射波。
对于普通的宽频放大器
，输出阻抗50 Q，功率传输电路中需要考虑阻抗匹配，可是如果信号波长远远大于电缆长度，即电缆长度可以忽略的话，就无须考惠阻抗匹配了。
阻抗匹配是指在能量传输时，要求负载阻抗要和传输线的特征阻抗相等，此时的传输不会产生反射，这表明所有能量都被负载吸收了；反之则在传输中有能量损失。
在高速的设计中，阻抗的匹配与否关系到信号质量的优劣。
阻抗匹配的技术可以说丰富多样，但是在具体的系统中怎样才能比较合理地应用，需要衡量多个方面的因素。
例如，在系统设计中，很多采用的都是源端的串联匹配。
对于什么情况下需要匹配，采用什么方式的匹配，为什么采用这种方式，以下逐一分析。
例如，差分的匹配多数采用串联终端的匹配；时钟采用并联终端匹配。
1)串联终端匹配串联终端匹配的理论出发点是在信号源端阻抗低于传输线特征阻抗的条件下，在信号的源端和传输线之间串接一个电阻
R，使源端的输出阻抗与传输线的特征阻抗相匹配，抑制从负载端反射回来的信号发生再次反射。
串联终端匹配后的信号传输具有以下特点：(1)由于串联匹配电阻的作用，驱动信号传播时以其幅度的50%向负载端传播。
(2)信号在负载端的反射系数接近十1，因此反射信号的幅度接近原始信号幅度的50%。
(3)反射信号与源端传播的信号叠加，使负载端接收到的信号与原始信号的幅度近似相同。
(4)负载端反射信号向源端传播，到达源端后被匹配电阻吸收。
(5)反射信号到达源端后，源端驱动电流降为0，直到下一次信号传输。
相对并联匹配来说，串联匹配不要求信号驱动器具有很大的电流驱动能力。
选择串联终端匹配电阻值的原则很简单，就是要求匹配电阻值与驱动器的输出阻抗之和与传输线的特征阻抗相等。
理想的信号驱动器的输出阻抗为零，实际的驱动器总是有比较小的输出阻抗，而且在信号的电平发生变化时，输出阻抗可能不同。
比如电源电压为+4.5 V的CMOS驱动器，在低电平时典型的输出阻抗为37 Q，在高电平时典型的输出阻抗为45 Q；TTL驵动器和CMOS驱动器一样，其输出阻抗会随信号的电平大小变化而变化。
因此，对TTL或CMOS电路来说，不可能有十分正确的匹配电阻，只能折中考虑。
2)并联终端匹配并联终端匹配的理论出发点是在信号源端阻抗很小的情况下，通过增加并联电阻使负载端输入阻抗与传输线的特征阻抗相匹配，达到消除负载端反射的目的。
实现形式分为单电阻和双电阻两种形式。
并联终端匹配后的信
号传输具有以下特点：(1)驱动信号近似以满幅度沿传输线传播。
(2)所有的反射都被匹配电阻吸收。
(3)负载端接收到的信号幅度与源端发送的信号幅度近似相同。
在实际的电路系统中，芯片的输入阻抗很高，因此对单电阻形式来说，负载端的并联电阻值必须与传输线的特征阻抗相近或相等。
假定传输线的特征阻抗为50 Q，则R值为50 Q。
如果信号的高电平为5V，则信号的静态电流将达到100 mA。
由于典型的TTL或CMOS电路的驱动能力很小，这种单电阻的并联匹配方式很少出现在这些电路中。
双电阻形式的并联匹配，也被称为戴维南终端匹配，要求的电流驱动能力比单电阻形式小。
这是因为两电阻的并联值与传输线的特征阻抗相匹配，每个电阻都比传输线的特征阻抗大。
考虑到芯片的驱动能力，丙个电阻值的选择必须遵循三个原则：(1)两电阻的并联值与传输线的特征阻抗相等。
(2)与电源连接的电阻值不能太小，以免信号为低电平时驱动电流过大。
(3)与地连接的电阻值不能太小，以免信号为高电平时驱动电流过大。
并联终端匹配优点是简单易行；显而易见的缺点是会带来直流功耗：单电阻方式的直流功耗与信号的占空比紧密相关；双电阻方式则无论信号是高电平还是低电平都有直流功耗。
因而不适用于电池供电系统等对功耗要求高的系统。
另外，单电阻方式由于驱动能力问题在一般的TTL、CMOS系统中没有应用，而双电阻方式需要两个元件，这就对PCB板的面积提出了要求，因此不适合用于高密度印制电路板。