Qual a importância da terminação da impedância da fonte?

Dado um circuito como este:

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

Qual a importância do R1? Pode-se adivinhar que é para tornar a impedância de saída do BUF1 igual à impedância da linha de transmissão, mas por que isso é importante? O que acontece se R1 for omitido? Como o que está do outro lado afeta isso? Talvez seja uma carga correspondente, aberta ou curta. Talvez seja uma linha de transmissão com descontinuidades.

A idéia é que os sinais se propagem a uma velocidade finita, ou seja, um determinado sinal leva ttempo para ir de um extremo da linha de transmissão para a outra. O cabo também possui alguma capacitância / indutância intrínseca por unidade de comprimento, que pode ser aproximada com uma impedância característica (assumindo menos perdas):

Esta é a impedância inicialmente experimentada pela fonte quando o sinal muda, com o nível do sinal agindo como um circuito divisor de tensão entre R1 e Z0:

Quando o sinal se propaga para a extremidade do cabo, ele percebe que não há nada para descarregar a energia do sinal. O sinal deve ir a algum lugar, para que ele salte na extremidade oposta e retorne à fonte. Quando se atinge a fonte, a tensão da fonte será o dobro dos originais $V_s$ , o que irá fluir para trás através de R1 para a fonte.

Se $R_1$ = $Z_0$ , $V_S = V_{in}$ e toda a linha de transmissão alcançou o estado estacionário, porque nenhuma energia pode ser injetada ou absorvida pela linha. Isso é ideal porque a linha atingiu o estado estacionário em ~2t(um t para chegar ao destino e um t para voltar à fonte).

Se $R_1$ for muito grande, $V_S$ ainda será maior que $V_{in}$ modo que a fonte continuará a descarregar energia na linha de transmissão, e a tensão da linha de transmissão aumentará lentamente à medida que o sinal retorna.

Se $R_1$ for demasiado pequeno, $V_S$ irá ultrapassar quando o sinal recebe de volta. Nesse caso, uma onda de borda decrescente se propaga pela linha, porque a fonte está tentando absorver o excesso de energia bombeada na linha e, novamente, a tensão volta para frente / para trás até que o estado estacionário seja alcançado.

Nos últimos 2 casos, a tensão alvo pode saltar acima / abaixo de um determinado nível lógico digital várias vezes, de modo que o receptor possa obter bits de dados falsos como resultado. Isso também pode ser potencialmente prejudicial para a fonte, porque o sinal refletido pode subir induzindo excesso de tensão na fonte.

$R_2$

$R_2 = Z_0$

$R_2$

$R_1 = Z_0$$R_2 = Z_0$$R_1 = R_2 = Z_0$

Eu escrevi um simulador de linha de transmissão on-line para brincar com o que demonstra o término da fonte. Achei útil visualizar essas ondas de propagação de sinal ao longo da linha de transmissão. Escolha um R2 grande o suficiente e poderá aproximar uma abertura, como no caso. Isso apenas modela linhas de transmissão sem perda, mas geralmente é suficientemente preciso.

Em termos de integridade do sinal (medida pela resposta em etapas no lado do receptor), as três configurações são idênticas (Zsource - Zload):

1) 50 Ohm - infinito (terminação de origem)
2) 0 Ohm - 50 Ohm (terminação de carga)
3) 50 Ohm - 50 Ohm (terminação em ambas as extremidades)

No entanto, na terceira variante, há uma diminuição de 50% na amplitude. Portanto, do ponto de vista prático, a 3ª opção deve ser evitada, a menos que haja uma razão convincente para fazê-lo.

Isenção de responsabilidade: abrange a comunicação ideal de uma direção do cabo ponto a ponto de fio único, entre a fonte do receptor. Se houver uma junção a caminho, pode fazer sentido usar a terminação dupla - não pensei nisso.

Ok, aqui está a descrição longa, mas excessivamente generalizada, do que está acontecendo ...

A impedância da linha de transmissão (também conhecida como trace) é de 50 ohms, o que significa que, à medida que o sinal viaja pelo cabo, parece uma carga de 50 ohms para o motorista. Quando atinge o final do rastreamento, reflete de volta e faz com que partes do rastreamento atinjam temporariamente uma tensão muito mais alta / mais baixa do que deveria. Chamamos isso de superação e superação.

Com o resistor de fonte de 50 ohm, o resistor mais o traço de 50 ohm forma um divisor de tensão (div por 2). Pouco antes do sinal chegar ao fim, o sinal nesse local é de 50% da amplitude necessária. Logo após o sinal chegar ao fim, a reflexão se combina com o sinal original de 50% e resulta em um sinal de amplitude perfeito de 100%. O reflexo viaja de volta ao resistor de origem, onde é absorvido.

Um receptor localizado no final do traço verá uma borda de sinal quase perfeita. Mas um receptor no meio ou próximo ao resistor verá primeiro um sinal de 50% e depois um sinal de 100%. Por esse motivo, a terminação da fonte é usada apenas quando há apenas um receptor e esse receptor deve estar localizado no final do rastreamento.

Se o resistor não corresponder à impedância do fio / rastreio / cabo, o divisor de tensão não será de 50% - o que resulta em uma correspondência imperfeita e a reflexão pode causar problemas.

R1 não é importante, desde que a linha de transmissão termine corretamente. Dirijo muito essas linhas e recebo uma recepção decente no extremo da linha de transmissão, mas ela deve ser terminada corretamente.