Đang tải... (xem toàn văn)
Ở chương này chúng ta sẽ tìm hiểu các phần sau:I. Mô hình Phương trình cơ bản của đường dây truyền dẫn Trong hệ thống sốtương tự, các tín hiệu được truyền trên các đường truyền dẫn (các dây dẫn hình trụ) Phân loại mô hình đường truyền dẫn: II. Đường truyền trên mạch in Các thông số cơ bản của đường dây dài Tổng trở sóng Vận tốc truyền sóngIII. Ghép nối đường truyền Vấn đề bảo toàn tín hiệu Ảnh hưởng của tải cuối dây Phối hợp trở kháng với đường truyền dẫn Ảnh hưởng của đường truyền dẫn tiêu tán
Nhiễu tương thích trường điện từ Chương 3: Các mơ hình đường truyền dẫn – Vấn đề bảo tồn tín hiệu I Mơ hình - Phương trình đường dây truyền dẫn II Đường truyền mạch in III Ghép nối đường truyền - Vấn đề bảo tồn tín hiệu 3I-HUST 2012 Chương 3: Các mơ hình đường truyền dẫn Vấn đề bảo tồn tín hiệu I Mơ hình - Phương trình đường dây truyền dẫn I.1 Mơ hình đường dây truyền dẫn Trong hệ thống số/tương tự, tín hiệu truyền đường truyền dẫn (các dây dẫn hình trụ) Phân loại mơ hình đường truyền dẫn: Đường truyền dây: Nguồn tín hiệu đặc trưng mạng cửa Thevenin Tải tuyến tính, trở 3I-HUST 2012 Chương 3: Các mơ hình đường truyền dẫn Vấn đề bảo tồn tín hiệu I Mơ hình - Phương trình đường dây truyền dẫn I.1 Mơ hình đường dây truyền dẫn Phân loại mơ hình đường truyền dẫn: Đường truyền dây so đất: Đường truyền cáp đồng trục 3I-HUST 2012 Chương 3: Các mơ hình đường truyền dẫn Vấn đề bảo tồn tín hiệu I Mơ hình - Phương trình đường dây truyền dẫn I.1 Mơ hình đường dây truyền dẫn Vào khoảng thập niên 1980, việc ghép nối đường truyền dẫn thường đơn giản: Điện áp, dòng điện đầu cuối đường truyền dẫn giống Tuy nhiên, ngày tốc độ xung nhịp (tần số tín hiệu) tăng lên cần ý ảnh hưởng đường truyền dẫn tín hiệu Vấn đề cần giải quyết: Hạn chế ảnh hưởng đường truyền dẫn tín hiệu Bảo đảm tính tồn vẹn tín hiệu đường truyền Thời gian truyền Hiện tượng phản xạ sóng 3I-HUST 2012 Chương 3: Các mơ hình đường truyền dẫn Vấn đề bảo tồn tín hiệu I Mơ hình - Phương trình đường dây truyền dẫn I.1 Mơ hình đường dây truyền dẫn TD L v (s ) Với mơ hình đường truyền dây dây so đất: Coi không gian xung quanh dân dẫn chân không (~ không khí) 3I-HUST 2012 Chương 3: Các mơ hình đường truyền dẫn Vấn đề bảo tồn tín hiệu I Mơ hình - Phương trình đường dây truyền dẫn I.1 Mơ hình đường dây truyền dẫn TD L v (s ) Với mơ hình đường truyền cáp đồng trục: Môi trường xung quanh dây dẫn chất điện môi (μr =1, εr > 1) tốc độ truyền tín hiệu giảm v 0 0 r r v0 r εr = 4,7 3I-HUST 2012 Chương 3: Các mơ hình đường truyền dẫn Vấn đề bảo tồn tín hiệu I Mơ hình - Phương trình đường dây truyền dẫn I.1 Mơ hình đường dây truyền dẫn L TD v (s ) Với mơ hình đường truyền dây mạch in đây, việc tính tốc độ truyền tín hiệu phức tạp 4,7 v ; r 2,85 0 0 r r r v0 3I-HUST 2012 Chương 3: Các mơ hình đường truyền dẫn Vấn đề bảo tồn tín hiệu I Mơ hình - Phương trình đường dây truyền dẫn I.2 Phương trình đường dây truyền dẫn Xét đường truyền dẫn dây đặt song song với trục z, đặt lên chúng điện áp V xuất cường độ điện trường ET nối kín mạch có dịng điện I Mơ hình thông số rải đường dây truyền dẫn: C: điện dung tính đơn vị dài [F/m] L: điện cảm tính đơn vị dài [H/m] Quá trình truyền tín hiệu đường dây tạo trình nạp/xả lượng C, L đường dây tạo độ trễ tín hiệu (thời gian truyền sóng) 3I-HUST 2012 Chương 3: Các mơ hình đường truyền dẫn Vấn đề bảo tồn tín hiệu I Mơ hình - Phương trình đường dây truyền dẫn I.2 Phương trình đường dây truyền dẫn Xét vi phân độ dài đường truyền dẫn ∆z Applying KVL: I ( z, t ) V( z z, t ) V( z, t ) Lz t V( z z, t ) V( z, t ) V( z, t ) lim z 0 z z V( z, t ) I ( z, t ) L z t V( z z, t ) Applying KCL: I ( z z, t ) I ( z, t ) Cz t I ( z z, t ) I ( z, t ) I ( z, t ) I ( z, t ) V( z, t ) lim C z 0 z z z t 3I-HUST 2012 Chương 3: Các mơ hình đường truyền dẫn Vấn đề bảo tồn tín hiệu I Mơ hình - Phương trình đường dây truyền dẫn I.2 Phương trình đường dây truyền dẫn Ta có hệ phương trình mơ tả đường dây truyền dẫn I ( z, t ) V( z, t ) L z t I ( z, t ) C V( z, t ) z t V( z, t ) V( z, t ) LC z t I ( z, t ) I ( z, t ) LC z t Đây hệ phương trình mơ tả q trình truyền tín hiệu đường dây 3I-HUST 2012 10 Chương 3: Các mơ hình đường truyền dẫn Vấn đề bảo tồn tín hiệu III Ghép nối đường truyền – Vấn đề bảo tồn tín hiệu III.2 Phối hợp trở kháng với đường truyền dẫn Ví dụ 3.10: Xét mạch logic đảo CMOS Đặc tính đường truyền: ZC 50 TD 0,2 ns Mơ hình hóa theo sơ đồ Thevenin Đầu vào mạch CMOS: 5pF Nguồn: VS(t): – 5V, RS = 20Ω 3I-HUST 2012 43 Chương 3: Các mơ hình đường truyền dẫn Vấn đề bảo tồn tín hiệu III Ghép nối đường truyền – Vấn đề bảo tồn tín hiệu III.2 Phối hợp trở kháng với đường truyền dẫn Ví dụ 3.10: Xét mạch logic đảo CMOS τr = 0,2ns = TD, V ≈ 7V τr = 2ns = 10TD, V ≈ 5,3V τr = 1ns = 5TD, V ≈ 6V τr = 4ns = 20TD, V ≈ 5,2V 3I-HUST 2012 44 Chương 3: Các mơ hình đường truyền dẫn Vấn đề bảo tồn tín hiệu III Ghép nối đường truyền – Vấn đề bảo tồn tín hiệu III.2 Ảnh hưởng đường truyền dẫn không liên tục Nguyên nhân: Đặc tính đường truyền thay đổi Kích thước đường truyền dẫn thay đổi Mơi trường truyền dẫn thay đổi Xét đường truyền dẫn hình vẽ Sóng tới từ đường truyền vr1 n12 vi1 Z C Z C1 ZC n12 vt vi1 vt vi1 vr1 Z C Z C1 Z C1 Z C 3I-HUST 2012 45 Chương 3: Các mơ hình đường truyền dẫn Vấn đề bảo tồn tín hiệu III Ghép nối đường truyền – Vấn đề bảo tồn tín hiệu III.2 Ảnh hưởng đường truyền dẫn không liên tục Xét đường truyền dẫn hình vẽ Sóng phản xạ từ đường truyền 2: vr n21vi Z C1 Z C n21 vi vr vt1 Z C Z C1 vt1 Z C1 vi Z C1 Z C 3I-HUST 2012 46 Chương 3: Các mơ hình đường truyền dẫn Vấn đề bảo tồn tín hiệu III Ghép nối đường truyền – Vấn đề bảo tồn tín hiệu III.2 Ảnh hưởng đường truyền dẫn không liên tục Ví dụ 3.11: Xét đường truyền dẫn mắc nối tiếp với Biểu diễn sóng điện áp tải điểm nối đường truyền Xét sóng tới từ đường dây 1: Hệ số phản xạ sóng hệ số truyền sóng A: ZC ZC1 100 50 n12 ZC ZC1 100 50 ZC 200 T12 ZC1 ZC 100 50 Xét sóng tới từ đường dây 2: Hệ số phản xạ sóng hệ số truyền sóng A: n21 ZC1 ZC 50 100 ZC ZC1 100 50 T21 ZC1 100 ZC1 ZC 100 50 3I-HUST 2012 47 Chương 3: Các mơ hình đường truyền dẫn Vấn đề bảo tồn tín hiệu III Ghép nối đường truyền – Vấn đề bảo tồn tín hiệu III.2 Ảnh hưởng đường truyền dẫn khơng liên tục Ví dụ 3.11: Điện áp đầu đường dây 1: Vinit Z C1 VS 2,5V RS ZC1 Sóng áp 2,5V trễ 1ns để truyền tới A Áp phản xạ A: 2,5.n12 0,833V Áp khúc xạ A: 2,5.T12 3,333V Thời gian áp khúc xạ A tới B:2ns(3ns) Cuối dây hở mạch phản xạ toàn phần cuối dây: VB 6,667 V 3I-HUST 2012 48 Chương 3: Các mơ hình đường truyền dẫn Vấn đề bảo tồn tín hiệu III Ghép nối đường truyền – Vấn đề bảo tồn tín hiệu III.2 Ảnh hưởng đường truyền dẫn khơng liên tục Ví dụ 3.11: Thời gian sóng phản xạ B (3,333V) chạy A: 2ns (5ns) Sóng phản xạ đến A tạo sóng khúc xạ: 3,333.T21 2,222 V Thời gian sóng khúc A chạy đến đầu đường 1: 1ns (6ns) Tại đầu đường 1, tải hòa hợp dây hệ số phản xạ = Tại A, sóng phản xạ: 3,333.n21 1,111V VB 6,667 V 3I-HUST 2012 49 Chương 3: Các mơ hình đường truyền dẫn Vấn đề bảo tồn tín hiệu III Ghép nối đường truyền – Vấn đề bảo tồn tín hiệu III.2 Ảnh hưởng đường truyền dẫn khơng liên tục Ví dụ 3.11: Thời gian sóng phản A chạy đến cuối dây 2: 2s (7s) Sóng phản A chạy đến cuối dây phản xạ toàn phần VB 4, 444 V Quá trình phản xạ nhiều lần tiếp tục xảy B, A: Sóng phản xạ B sóng tới A 1,111.n21 0,37 V tai t = 9ns 3I-HUST 2012 Sóng tới A, phản xạ quay lại B VB 5,185V tai t = 11ns 50 Chương 3: Các mơ hình đường truyền dẫn Vấn đề bảo tồn tín hiệu III Ghép nối đường truyền – Vấn đề bảo tồn tín hiệu III.2 Ảnh hưởng đường truyền dẫn khơng liên tục Ví dụ 3.12: Khảo sát điện áp tải biết thông số đường truyền dẫn không liên tục Trong trường hợp nguồn tải thỏa mãn điều kiện phối hợp trở kháng ZC1 Vinit VS 2,5V RS ZC1 Thời gian sóng từ đầu dây đến vị trí khơng liên tục TD1 Tại vị trí nối: Sóng phản xạ: (VS/2).n12 Sóng khúc xạ: (VS/2).T12 Sóng khúc xạ sóng tới với tải, trễ khoảng thời gian: TD1 + TD2 3I-HUST 2012 51 Chương 3: Các mơ hình đường truyền dẫn Vấn đề bảo tồn tín hiệu III Ghép nối đường truyền – Vấn đề bảo tồn tín hiệu III.2 Ảnh hưởng đường truyền dẫn khơng liên tục Ví dụ 3.12: Khảo sát điện áp tải biết thông số đường truyền dẫn không liên tục Tại tải, khơng có sóng phản xạ điều kiện hịa hợp tải thỏa mãn Điện áp điểm nối: Vmid (1 n12 ) VS V ZC T12 S VS 2 Z C1 Z C Điện áp tải: VS ZC VL T12 VS Z C1 Z C 3I-HUST 2012 52 Chương 3: Các mơ hình đường truyền dẫn Vấn đề bảo tồn tín hiệu III Ghép nối đường truyền – Vấn đề bảo tồn tín hiệu III.2 Ảnh hưởng đường truyền dẫn không liên tục Trong vi mạch số, tính khơng liên tục đường truyền tín hiệu truyền đến vị trí mắc nối tiếp song song vi mạch Xét đường truyền nối nối tiếp: Coi đường truyền có ZC Thời gian trễ khác nhau: TD1, TD2 Vi mạch số vi mạch CMOS đầu vào hở mạch 3I-HUST 2012 53 Chương 3: Các mơ hình đường truyền dẫn Vấn đề bảo tồn tín hiệu III Ghép nối đường truyền – Vấn đề bảo tồn tín hiệu III.2 Ảnh hưởng đường truyền dẫn không liên tục Xét đường truyền nối tiếp: Để khử sóng phản xạ đường truyền: Phối hợp trở kháng nguồn: RS + R = ZC Mắc trở kháng song song với tải gây tổn hao công suất mạch trạng thái cao trở nối R = ZC vị trí nối dây ( ZC / 2) ZC n12 n21 ( ZC / 2) ZC 2( ZC / 2) T12 T21 ( ZC / 2) ZC 3I-HUST 2012 54 Chương 3: Các mô hình đường truyền dẫn Vấn đề bảo tồn tín hiệu III Ghép nối đường truyền – Vấn đề bảo toàn tín hiệu III.2 Ảnh hưởng đường truyền dẫn khơng liên tục Xét đường truyền song song: Tổng trở vào nhìn từ nguồn: ZC/2 Điện áp đầu đường dây: ( ZC / 2) Vinit VS RS ZC / Sóng phản xạ tồn phần từ cuối dây đến đầu dây sau TD1, TD2 Tổng trở vào nhìn từ đường 1: RS // ZC ZC n12 n21 RS ZC RS T12 T21 RS ZC 3I-HUST 2012 55 Chương 3: Các mơ hình đường truyền dẫn Vấn đề bảo tồn tín hiệu III Ghép nối đường truyền – Vấn đề bảo tồn tín hiệu III.3 Ảnh hưởng đường truyền dẫn tiêu tán Mơ hình đường truyền tiêu tán: Phương trình mô tả đường truyền d V( z ) Z I (z) dz d I (z) Z V( z ) dz Z R j L Y G j C Phương trình mơ tả phân bố dịng áp: 3I-HUST 2012 z j z V( z ) V e e V e z e j z V z j z V z j z I (z) e e e e ZC ZC ZC Z ; ZY j Y 56 Chương 3: Các mơ hình đường truyền dẫn Vấn đề bảo tồn tín hiệu III Ghép nối đường truyền – Vấn đề bảo tồn tín hiệu III.3 Ảnh hưởng đường truyền dẫn tiêu tán Suy hao biên độ tín hiệu méo pha: Hệ số tắt: α (ɷ) Hệ số pha: β(ɷ) Hiện tượng tán sắc: v(ɷ) Làm méo tín hiệu truyền đường truyền 3I-HUST 2012 57 ... 13 Chương 3: Các mơ hình đường truyền dẫn Vấn đề bảo tồn tín hiệu I Mơ hình - Phương trình đường dây truyền dẫn I .3 Một số mơ hình đường dây truyền dẫn Mơ hình truyền dẫn dây so đất Xét đường. .. / A 3I-HUST 2012 14 Chương 3: Các mơ hình đường truyền dẫn Vấn đề bảo tồn tín hiệu I Mơ hình - Phương trình đường dây truyền dẫn I .3 Một số mô hình đường dây truyền dẫn Mơ hình truyền dẫn cáp... đường dây truyền dẫn I .3 Một số mơ hình đường dây truyền dẫn Xét đường dây truyền dẫn mang thông tin Từ trường dây dẫn Điện trường dây dẫn Mô hình truyền dẫn dây Mơ hình xác định L dây truyền