在現(xiàn)代高速電路設計中，傳輸線的阻抗匹配是一項非常重要的工程技術指標，可使所有高頻微波信號皆達到傳至負載點的目的，而不會有信號反射回源點，從而提升能源效益。阻抗是否匹配關系到信號質量的優(yōu)劣，這對提高產(chǎn)品可靠性和通信速度，改善電磁兼容特性具有十分重要的意義。然而，要實現(xiàn)傳輸線阻抗的嚴格匹配，一是要解決阻抗計算精度，減小計算誤差對阻抗匹配的直接影響；二是要方便高速采樣器及計算機輔助設計的應用，以實現(xiàn)對阻抗的實時分析與處理。為此，針對航空航天、雷達等需要長線傳輸?shù)淖杩蛊ヅ潆娐罚岢隽艘环N比較精確的阻抗計算方法。
2 問題的提出
對于高頻信號來說，如果時鐘脈沖信號的脈寬足夠長，那么出現(xiàn)在該時鐘脈沖信號上的反射能量和振鈴能量，將由原來的一個變成兩個或者更多，因而導致系統(tǒng)的時鐘脈沖信號出現(xiàn)異常。此外，反射還會使邏輯器件的噪聲容限變差。在該系統(tǒng)設計中，由于雷達輸出信號為1 kΩ阻抗，因而不利于長線傳輸，并產(chǎn)生信號反射現(xiàn)象。反射結果對模擬的正弦波信號形成駐波，數(shù)字信號則表現(xiàn)為上升沿和下降沿的振鈴和過沖。該過沖不僅會形成強烈的電磁干擾，也會損壞用于后級輸入電路的保護二極管，甚至失效。圖1示出信號過沖波形。一般而言，過沖超過O．7 V就應采取相應措施，在圖2中，信號源阻抗、負載阻抗是造成信號反射的主要原因。因此要將阻抗變換為50Ω。以利于長線傳輸。根據(jù)史密夫圖表可知，電容或電感與負載串聯(lián)，可增加或減少負載阻抗，且其圖表上的點會沿著代表實數(shù)電阻的圓圈走動。如果電容或電感接地，則圖表上的點會以圖中心旋轉180°。然后才沿電阻圈走動，再沿中心旋轉180°。重復上述方法直至電阻值變?yōu)?，即可直接把阻抗力變?yōu)榱悖@樣就完成匹配。
3 系統(tǒng)工作原理
系統(tǒng)設計中，首先用變壓器隔離雷達輸出信號，然后通過分壓跟隨放大，使電容隔離，最后輸出6路頻率碼。圖3和圖4分別給出系統(tǒng)總體設計框圖和具體電路設計。
4 器件選擇依據(jù)與匹配計算
4．1 變壓器的選擇
隔離變壓器選用1：1的變壓器。由于次級不與地相連，因此次級上任一根線與地之間都沒有電位差。隔離變壓器的特點就是初級與次級隔開，使他們之間不產(chǎn)生回路，但1：1的隔離變壓器嚴禁次級接地。其原理如圖5所示。
若次級繞組與初級繞組的匝數(shù)不同，則感應電勢E1與E2的大小也不相同。當略去內(nèi)阻抗壓降后，電壓U1和U2的大小也不同。當變壓器次級空載時，初級僅流過主磁通的電流In，該電流稱之為激磁電流。當次級加負載，即流過負載電流I2時，鐵心中將產(chǎn)生磁通，以力圖改變主磁通，但當初級電壓不變時，主磁通也不變。此時，初級就要流過兩部分電流，一部分為激磁電流I0，一部分為平衡電流I2，所以這部分電流將隨I2的變化而變化。電流乘以匝數(shù)就是磁勢。其平衡作用實質上是磁勢平衡作用，變壓器就是通過磁勢平衡作用實現(xiàn)了初次級的能量傳遞。由于變壓器不消耗功率，且產(chǎn)生的噪聲可以忽略不計，所以信號頻率很高，而且A／D轉換器的輸入端不允許有很大的附加噪聲。因此，選擇T1—6T型變壓器來隔離并驅動后級A／D轉換器。
4．2 A/D轉換器的選擇
在選用A／D轉換器時，主要考慮其驅動電路性能以及跟隨放大功能。為此，根據(jù)所需供電電壓、帶寬速率及電路簡化原則，初步選用AD8051型A／D轉換器。采用電壓反饋電路，要使輸出幅值與輸入幅值不變，可根據(jù)電壓負反饋：Auf=U0/UI=1+9Rf/R，因此通過A／D轉換器將其放大2倍，但A138051速率較AD818的速率低，波形也有一定的延遲。圖6示出采用AD8051器件的輸出電壓u1和采用AD818器件的輸出電壓u2的比較。當頻率在高頻段不斷升高時，特性阻抗會漸近于固定值。根據(jù)戴維南終端匹配輸入阻抗中兩電阻的并聯(lián)值與傳輸線特性阻抗相匹配的原則，應在傳輸線的另一端連接與之匹配的電阻，其阻值為傳輸線的特性阻抗值。設計中，傳輸線的阻抗為50Ω，這樣在傳輸終端匹配電阻與源端電阻50Ω匹配后形成分壓，最后輸出值與原輸入相同，但有約20ns的延遲。
5 結語
研究長線傳輸阻抗匹配的關鍵在于建立匹配模型和計算阻抗。由于阻抗的計算誤差會大大影響信號的傳輸，所以在阻抗不匹配的情況下，將導致信號數(shù)據(jù)誤碼或重傳。經(jīng)實驗驗證，即使1％的重傳率，也會增大雷達信號脈沖的誤差，造成數(shù)據(jù)不準確。實驗驗證了所提供的長線傳輸匹配方法是行之有效的，它對測試系統(tǒng)技術在阻抗匹配中的應用，以及控制和分析特征阻抗具有一定的參考價值。
下載文檔
