Согласование импеданса линий передачи

Введение

Согласование импеданса линии передачи

В электронике, электрическое согласование – это практика завершения линии передачи устройством, импеданс которого соответствует волновому сопротивлению линии. Согласование предотвращает отражение сигналов на конце линии передачи. Отражения на концах несогласованных линий передачи вызывают искажения, которые могут приводить к неоднозначности уровней цифрового сигнала и сбоям в работе цифровых систем. В аналоговых системах передачи сигналов отражения вызывают такие эффекты, как эффект «призрака» на видео или потерю мощности в линиях передачи радиопередатчиков.

Линии передачи

Окончание сигнала часто требует установки терминатора на обоих концах провода или кабеля для предотвращения отражения радиочастотного сигнала от каждого конца, что может вызывать помехи или потерю мощности. Терминатор обычно размещается в конце линии передачи или шины последовательного соединения (например, в SCSI) и предназначен для согласования с волновым импедансом кабеля, тем самым минимизируя отражения сигнала и потери мощности. Менее часто терминатор также устанавливается на передающем конце провода или кабеля, если он еще не встроен в оборудование, генерирующее сигнал. Радиочастотные токи склонны отражаться от несогласованностей в кабеле, таких как разъемы и соединения, и возвращаться обратно к источнику, вызывая помехи в виде первичных отражений. Вторичные отражения также могут возникать в начале кабеля, позволяя помехам сохраняться в виде повторяющихся эхо-сигналов устаревших данных. Эти отражения также создают препятствия, мешая сигналу достичь места назначения. Кабели линий передачи требуют согласования импедансов для передачи электромагнитных сигналов с минимальными отражениями и потерями мощности. Отличительной особенностью большинства кабелей линий передачи является их равномерное поперечное сечение по всей длине, обеспечивающее постоянный электрический волновой импеданс. Сигнальные терминаторы разработаны для точного согласования с волновым импедансом на обоих концах кабеля. Во многих системах терминатор представляет собой резистор, сопротивление которого выбирается для соответствия волновому импедансу линии передачи и обеспечивает приемлемо низкую паразитную индуктивность и емкость на частотах, важных для системы. Примеры включают 75-омные резисторы, часто используемые для согласования 75-омных коаксиальных кабелей для передачи видеосигнала. Типы кабелей линий передачи включают сбалансированные линии, такие как лестничные линии и витые пары (Cat 6 Ethernet, Parallel SCSI, ADSL, телефонные линии, XLR audio, USB, Firewire, Serial); и несбалансированные линии, такие как коаксиальные кабели (радиоантенны, CATV, 10BASE5 Ethernet).

Signal termination often requires the installation of a terminator at the beginning and end of a wire or cable to prevent an RF signal from being reflected back from each end, causing interference, or power loss. The terminator is usually placed at the end of a transmission line or daisy chain bus (such as in SCSI), and is designed to match the AC impedance of the cable and hence minimize signal reflections, and power losses. Less commonly, a terminator is also placed at the driving end of the wire or cable, if not already part of the signal generating equipment. Radio frequency currents tend to reflect from discontinuities in the cable, such as connectors and joints, and travel back down the cable toward the source, causing interference as primary reflections. Secondary reflections can also occur at the cable starts, allowing interference to persist as repeated echoes of old data. These reflections also act as bottlenecks, preventing the signal power from reaching the destination. Transmission line cables require impedance matching to carry electromagnetic signals with minimal reflections and power losses. The distinguishing feature of most transmission line cables is that they have uniform cross sectional dimensions along their length, giving them a uniform electrical characteristic impedance. Signal terminators are designed to specifically match the characteristic impedances at both cable ends. For many systems, the terminator is a resistor, with a value chosen to match the characteristic impedance of the transmission line and chosen to have acceptably low parasitic inductance and capacitance at the frequencies relevant to the system. Examples include 75 ohm resistors often used to terminate 75 ohm video transmission coaxial cables. Types of transmission line cables include balanced line such as ladder line, and twisted pairs (Cat 6 Ethernet, Parallel SCSI, ADSL, Landline Phone, XLR audio, USB, Firewire, Serial); and unbalanced lines such as coaxial cable (Radio antenna, CATV, 10BASE5 Ethernet).

Пассивный

Пассивные терминаторы часто состоят из одного резистора; однако, для сильно реактивных нагрузок могут потребоваться другие пассивные компоненты, такие как индуктивности, конденсаторы или трансформаторы.

Активный

Активные терминаторы состоят из регулятора напряжения, который поддерживает постоянный уровень напряжения, подаваемого на завершающий резистор (резисторы).

Принудительное прекращение

Принудительное полное завершение (FPT) может использоваться на одноконтактных шинах, где диоды устраняют перерегулирование и недорегулирование. Сигнал фиксируется между двумя активно регулируемыми уровнями напряжения, что обеспечивает более высокую производительность по сравнению со стандартным активным терминатором.

SCSI

Все параллельные SCSI-устройства используют терминаторы. SCSI в основном применяется для хранения данных и создания резервных копий. Активный терминатор – это тип одностороннего SCSI-терминатора со встроенным стабилизатором напряжения для компенсации изменений в питании терминатора.

Сеть зоны управления

Сеть контроллера, обычно называемая CAN-шиной, использует терминаторы, состоящие из резистора сопротивлением 120 Ом.

Маскированная нагрузка

Фиктивные нагрузки широко используются в схемах от HF до EHF.

Коаксиальный Ethernet 50 Омм

Сети 10BASE2 абсолютно необходимо правильно завершать 50-омным BNC-терминатором. Если шинная сеть не завершена должным образом, будет отражаться слишком много энергии, что приведет к потере сетевого подключения всеми компьютерами в шине.

Антенная сеть 75 Ом

Окончательный резистор для телевизионного коаксиального кабеля часто выполнен в виде колпачка с резьбой для навинчивания на F-разъем. Антенные кабели иногда используются для подключения к интернету, однако кабель RG 6 не следует использовать для 10BASE2 (для которого следует использовать RG 58), так как рассогласование импедансов может вызывать фазовые искажения базового сигнала.

Автобус

В миникомпьютерных системах Digital Equipment Corporation Unibus использовались терминаторные карты с подтягивающими резисторами номиналом 178 Ом на линиях многоточечного адреса и данных и 383 Ом на линиях одноточечной сигнализации.

MIL-STD-1553

Значения оконечного сопротивления 78,7 Ом, 2 Вт, 1% используются в шине MIL STD 1553. На обоих концах шины резисторы соединяются между положительной (высокой) и отрицательной (низкой) линиями сигнала, либо во внутренне завершенных шинных соединителях, либо во внешних коннекторных терминаторах. Шина MIL STD 1553B должна быть оконечена на обоих концах для минимизации влияния отражений сигнала, которые могут вызывать искажение формы сигнала и прерывание или периодические сбои связи. Опционально, терминатор с высоким импедансом (от 1000 до 3000 Ом) может использоваться в транспортных средствах для имитации будущей нагрузки от неуказанного устройства. Коннекторные терминаторы доступны с предохранительными цепями или без них.