Що і чому припиняється?

Я новачок в електроніці і не розумію, що таке припинення і навіщо це потрібно, особливо в цифрових комунікаціях.

Спасибі

Можливо, більш механічне пояснення допомагає зрозуміти:

Уявіть, у вас довга мотузка, один кінець закріплений на стіні, другий кінець утримуваний вами. Коротким штрихом вгору ви можете створити хвилю, яка рухається по мотузці:

(від http://wwwex.physik.uni-ulm.de/lehre/physing1/node52.html )

Тепер, чому це так? Уявіть, що мотузка складається з безлічі дрібних шматочків, кожен застосовує силу до наступного і так стикається з силою на себе від своїх сусідів. Давайте зосередимось на вертикальних силах і скажемо, що сила залежить лінійно від вертикальної відстані між шматками. Ось сюжет із зображенням сил сусідів та сумою цих форсів (тобто напрям та сила прискорення). Хвиля повинна рухатися зліва направо:

Як бачите, шматок № 15 стикається з силою вгору і так прискорюється вгору. Шматок № 14 стикається з тією ж силою вниз, плюс більша вгору сила від шматка № 13 тощо.

Нарешті, шматки на крайці (5, 6, 7) рухаються вниз, але прискорюються вгору, поки не сплять.

Що відбувається біля стіни?

Шматок 13 не може рухатися, і через велику вертикальну відстань до частинки № 12, № 12 зустрічається дуже сильна сила вниз. Він пробивається вниз, і, нарешті, ви отримуєте горизонтально перевернуту хвилю, яка рухається назад до вас.

Що робити, якщо мотузка зовсім не закріплена?

Зображте, що мотузка розрізана між шматками 12 та 13. Для останньої фігури це означає, що жоден 12 не стикається лише із силою вгору. Нарешті, вона підніметься вище максимальної хвилі, як верхівка батога, і породить нову, не перевернуту хвилю, що рухається назад за мотузку.

Що робити, якщо ваш приятель тримає другий кінець?

Ну, зазвичай хвиля просто поглинається вашим приятелем, ніби мотузка продовжується за ним. Це тому, що він не тримає кінця настільки закріпленого, як стіна, але також не такий пухкий, як ніби нічого.

Зауважте, що швидкість хвилі залежить від її ваги, а також напруги. Це тому, що напруженість - це походження сил, описаних тут.

Що це стосується електроніки?

Нарешті, поширення сигналу подібне до поширення хвилі на мотузці. Якщо ви закінчите кінець сигнальної лінії до GND, ви тримаєте її за фіксованим потенціалом, як стіна, і край сигналу відбиватиметься з різним знаком амплітуди. Якщо кінець не пов'язаний ні з чим, краї сигналу будуть відбиватися з тим же знаком амплітуди. Ви можете запобігти відбиттю, підключивши сигнал до GND через резистор, як ваш приятель. Зрозуміло, що занадто високий опір подібний до відкритої сигнальної лінії, а занадто низький опір - як короткий до GND, тому вам потрібно співставити резистор з точним значенням, де він просто поглинає сигнал.

Нарешті, вийдіть і спробуйте цей матеріал мотузкою. Можливо, ви можете попросити свого приятеля провести мотузку більш щільно або вільно, як зазвичай, але, природно, люди, як правило, відповідають ... імпедансу мотузки.

Редагувати:

Шукали його вчора, але не знайшли. Ось зображення діапазону з області, безпосередньо підключеної до генератора імпульсів плюс довгий кабель, викрадені з https://hohlerde.org/rauch/elektronik/kleines/kabelradar/index.de.html :

Коротке замикання в кінці кабелю, ви отримуєте перевернуте відображення:

Для відкритого кабелю ви отримуєте вертикальне відображення:

При правильному припиненні рефлексії немає. Однак закінчення є занадто сильним, оскільки ви все ще бачите невеликий спад вниз.

До речі, роздум надходить приблизно через 20нс, тобто 10нс на напрямок. При 75% швидкості світла це означає, що довжина кабелю становить приблизно 2,2 м.

EDIT2:

Мені було весело писати симуляцію. Як і вище, мотузка ділиться на кілька частин, а вертикальна сила на кожен шматок визначається від його вертикальної відстані до його прямих сусідів. Ось:

Ось що, нарешті, допомогло мені зрозуміти припинення та роздуми: Припустимо, у вас дійсно довгий коаксіальний кабель, у якому короткий кінець короткий разом. Якщо через нього покласти струм, якою буде напруга?

Оскільки кабель короткий в короткому кінці, ви очікуєте, що напруга залишиться близько 0. Але далекий кінець далеко - якщо напруга одразу становила 0 вольт, ми б спілкувалися швидше, ніж світло! Натомість сигнал повинен поширити кабель вниз до короткого, потім знову до найближчого кінця, перш ніж ми побачимо короткий на своєму кінці. Це те, що є рефлексією.

Як виглядає сигнал за час до надходження відбиття? Ну, кабель має ненульовий опір, а ненульовий ємність - електрично, це як довга послідовність послідовних індукторів і мансардних конденсаторів - і це призведе до того, що він заряджатиметься від нашого джерела струму під час поширення сигналу. Електрично це виглядає як опір - це називається характерним опором. Нескінченно довгий шматок коаксіального кабелю 50 Ом виглядав би точно так само, як електричний резистор 50 Ом. Коротший виглядає як 50-омний резистор протягом періоду, коли сигнал поширюється по кабелю.

У нашому уявному сценарії тоді, застосовуючи струм до довгого кабелю з коротким в кінці, форма хвилі напруги буде схожа на короткий пік (з напругою, рівним струму * характеристика_ імпедансу) з подальшим поверненням до (близько) 0 вольт. Якби другий кінець кабелю був розімкнутим ланцюгом, він натомість виглядав би як короткий пік з подальшим більш високою напругою (визначається максимальною напругою нашого джерела струму).

Припустимо, ми не хотіли жодних роздумів. Якщо ми припинимо коаксіацію резистором, який має те саме значення, що і характеристичний опір кабелю, ми будемо сортовані! Коаксіатор схожий на резистор 50 Ом, коли сигнал поширюється, і все ще схожий на резистор 50 Ом, коли розповсюдження закінчиться - тому що ми з'єднали один поперек нього в далекому кінці. Це припинення.

Припинення потрібно, коли ви працюєте з лініями передачі та (відносно) високочастотними сигналами. Сигнали, що рухаються вниз по лінії електропередачі, насправді рухаються як електромагнітна хвиля, і ця хвиля може відображатися будь-якими розривами в лінії через зміни імпедансу. Саме такий ефект є причиною того, що світло відбивається від басейну з водою чи шматочком склянки. Під припиненням розуміється додавання резистора в кінці лінії електропередачі для поглинання сигналу, що рухається вниз по лінії, і запобігання відбиття. Кінцевий резистор повинен підходити до опору лінії, щоб не створювати розривів та отриманих відбитків.

Це надзвичайно важливо у високошвидкісних цифрових системах, оскільки ці відображення можуть спричинити міжсимвольні перешкоди, що призводить до бітових помилок. До речі, Intel зіткнулася з цією проблемою, коли вони нарощували швидкість своїх процесорів. Вони були змушені найняти велику кількість інженерів РФ, щоб переробити материнські плати для правильної роботи на високій швидкості.

У більшості застосувань РФ лінії електропередачі, як правило, закінчуються резистором на землю. Однак у цифрових додатках іноді вигідно припинити лінію двома різними способами. Для деяких шин використовується напруга на замикання 1/2 Vcc, щоб необхідні сили приводу як для підтягування, так і для витягування були симетричними, що призводить до кращих показників. Це звичайно для високошвидкісних шин пам'яті, включаючи DDR2 та DDR3. Для диференціальних ліній загальним стилем закінчення є один резистор, який безпосередньо з'єднує два провідники на відміну від окремих резисторів до землі.

Сигнали змінного струму, які рухаються по дроту, відбиваються на його кінцях. Цей відбитий сигнал змішується з "реальним" сигналом і викликає перешкоди. Закінчення зазвичай означає поставити резистор в кінці; це змушує кінець лінії вести себе як нескінченна довжина дроту (без кінця, тому немає відбиття).

Значення резистора залежить від опору лінії . Ось чому існує певне значення резистора закінчення, яке має використовуватися для конкретного типу лінії або шини.