¿Cómo se comparan los diferentes métodos de terminación de línea de transmisión?

Me parece que hay tres formas de terminar una línea de transmisión:

  1. en ambos extremos
  2. solo en la carga
  3. solo en la fuente

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

el escudo coaxial está conectado a tierra, y los búferes tienen conexiones de suministro de energía como de costumbre, y estos son 50 Ω lineas de transmisión.

Cuáles son las ventajas y desventajas de cada uno, considerando:

  • podríamos querer transferir energía (como a una antena) y no información (como en un circuito digital)
  • la señal puede ser analógica
  • la línea de transmisión puede no ser ideal (discontinuidades en el medio, etc.)

Lo que es una práctica común en situaciones típicas:

  • circuitos digitales de alta velocidad
  • RF de baja potencia (entre etapas, receptores)
  • RF de alta potencia (transmisores)
El diagrama que dibujaste tiene algunos problemas. Los escudos deben volver a conectarse de alguna manera a la GND del circuito de búfer/controlador. No solo estarían conectados como usted muestra. También tenga en cuenta que las terminaciones se usarían en más situaciones que el cable coaxial que muestra. Podría tener cables conductores paralelos, cables de par trenzado, trazas paralelas en una placa de circuito impreso o cualquiera de estos dentro de una cubierta protectora común.
Tenga en cuenta que las suposiciones conducen a todo tipo de problemas. Un diagrama de circuito adecuado también mostraría las conexiones de alimentación/tierra del circuito de búfer. Es posible que hayas escuchado el viejo adagio sobre ASUME?
Mi punto es simplemente que, como se muestra en los diagramas, el escudo no está conectado a nada más que a las resistencias de terminación. Como tal, no fluirá corriente y las resistencias de terminación no harán mucho. Hasta que eso no se aclare no tiene mucho sentido hablar de efectividad de las terminaciones.
El tercer ejemplo no funciona para mí a menos que no le importen las distorsiones de la señal debido a que no hay un terminador en el otro extremo. ¿Hay alguna aplicación en la que esto pueda ser válido? (1) y (2) están bien, pero esto lo estoy repitiendo de su pregunta anterior donde sentí que podría haber perdido alguna sutileza en su pregunta. ¿Hice?
@Andyaka me dio la impresión de que si R L >> Z 0 , entonces la reflexión resultante cancela exactamente el divisor de voltaje 1/2 establecido por R S y Z 0 , y el reflejo, cuando regresa, es absorbido por R S y terminas en un estado estable. Así es como se configura el simulador , por defecto. Supongo que esto es común en la electrónica digital, pero en realidad estaba más interesado en RF, y el objetivo podría ser poner energía en la antena, no transmitir un poco.
@PhilFrost hmmm no estoy seguro, pero ¿alguien debería estar en alguna parte? En datos digitales sin una terminación decente, la forma del símbolo está por todas partes en el extremo de la carga y definitivamente, si el cable tiene la "longitud incorrecta", algunos símbolos no se recibirán correctamente, es decir, la lógica será incorrecta, pero en un portador de RF usted está obtendrá un voltaje mayor, pero ¿qué sucede si es FM? El cambio en F casi seguramente le dará una modulación de amplitud no deseada en la que una banda lateral será más baja que la otra. ¿Es esto un gran problema? Esa es la pregunta tal vez?
El punto de Michael Karas es que hay una discontinuidad en la conexión de la fuente sin conexión a tierra. Además, ¿cuál es la impedancia del búfer? Si estamos hablando de un circuito real, no será cero y R1 parece algo extraño para agregar a su fuente. ¿Y qué se supone que es R6? Nunca he visto un 10Mohm utilizado en un circuito de RF. Es un poco sin sentido. FYI: una onda EM necesita tierra continua. Intentar romper el camino de tierra suele causar problemas.
Si desea entregar la mejor potencia, entonces caso 2. Suponiendo un búfer de 50 ohmios y conecta a tierra la línea de transmisión en ambos extremos.

Respuestas (1)

Si está hablando de señales digitales de alta velocidad y no de RF, puede elegir uno de los siguientes esquemas (todos asumen planos de tierra continuos). Mantenga la sección auxiliar lo más corta posible y podrá elegir una impedancia de línea de transmisión que funcione bien para su diseño (Zo = 50 ohmios no es un requisito).

• Terminación en paralelo simple: En un esquema de terminación en paralelo simple, la resistencia de terminación (Rl) es igual a la impedancia de línea. Coloque la resistencia de terminación lo más cerca posible de la carga para que sea eficiente; mantenga la sección del trozo lo más corta posible.

esquemático

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• Terminación en paralelo de Thevenin: un esquema alternativo de terminación en paralelo utiliza un divisor de voltaje de Thevenin. La resistencia de terminación se divide entre R1 y R2, lo que equivale a la impedancia de línea cuando se combinan --(R1||R2)=Zo. Aunque este esquema reduce la corriente extraída del dispositivo fuente, agrega corriente extraída de la fuente de alimentación porque las resistencias están unidas entre VCC y GND.

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• Terminación en paralelo activo: un esquema de terminación en paralelo activo, la resistencia de terminación (Rl=Zo) está vinculada a un voltaje de polarización (Vbias). En este esquema, el voltaje se selecciona para que los controladores de salida puedan extraer corriente de las señales de alto y bajo nivel. Sin embargo, este esquema requiere una fuente de voltaje separada que pueda absorber y generar corrientes para igualar las tasas de transferencia de salida.

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• Terminación en paralelo RC en serie: un esquema de terminación en paralelo RC en serie utiliza una red de resistencia y capacitor (es decir, RC en serie) como impedancia de terminación. La resistencia de terminación (Rl) es igual a Zo. El condensador debe ser lo suficientemente grande para filtrar el flujo constante de corriente continua. Sin embargo, si el condensador es demasiado grande, retrasará la señal más allá del umbral de diseño. Los capacitores menores a 100 pF disminuyen la efectividad de la terminación. El capacitor bloquea las señales de baja frecuencia mientras pasa señales de alta frecuencia. Por lo tanto, el efecto de carga de CC de Rl no tiene un impacto en el controlador, ya que no hay una ruta de CC a tierra. No todos los controladores pueden manejar los requisitos de corriente dinámica para cargas de capacitores más grandes.

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• Terminación en serie: en un esquema de terminación en serie, la resistencia iguala la impedancia en la fuente de la señal en lugar de igualar la impedancia en cada carga. La suma de Rl y la impedancia del controlador de salida debe ser igual a Zo. Debido a que las impedancias de salida de IC de silicio son bajas, debe agregar una resistencia en serie para hacer coincidir la fuente de señal con la impedancia de línea. La ventaja de la terminación en serie es que consume poca energía. Sin embargo, la desventaja es que el tiempo de subida se degrada debido al aumento de la constante de tiempo RC.

esquemático

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Las terminaciones de RF y microondas son otro animal y dependen en gran medida de los parámetros físicos 3d de su diseño, impedancia de entrada y salida, rango de frecuencia de funcionamiento. Rara vez dependen de elementos resistivos. Están diseñados moviendo reactivamente las impedancias de entrada y salida a la coincidencia adecuada de 50 ohmios.

Sin embargo, estas son redes pasivas, por lo que los dos casos por los que tenía curiosidad realmente no importan, solo obtenga la coincidencia correcta (por supuesto, sus componentes deben dimensionarse para manejar las demandas de voltaje/corriente):

RF de baja potencia (entre etapas, receptores)

RF de alta potencia (transmisores)

Como para

Cuáles son las ventajas y desventajas de cada uno, considerando:

we might want to transfer power (as to an antenna) and not information (as in a digital circuit)
the signal may be analog
the transmission line might not be ideal (discontinuities in the middle, etc.)

Las antenas son cargas pasivas, por lo que deben diseñarse para la máxima transferencia de potencia, pero en su ancho de banda operativo necesitarán una red correspondiente para hacerlo. Las señales analógicas son las mismas que las de RF. Iguala la impedancia. Las líneas de transmisión no ideales son demasiado vagas para responder, pero cualquier discontinuidad provoca un reflejo y una pérdida de potencia.

@PhilFrost, ¿no es esto lo que estás buscando? Pasé demasiado tiempo preparándolo para ti...
Bueno, todos menos el último caso son solo variaciones del caso 2 de la pregunta, y el caso 1 de la pregunta no se cubrió en absoluto. La parte más interesante, cómo se comportan estos en condiciones del mundo real, donde hay conectores en la línea de transmisión, tal vez están mojados, tal vez hay pájaros anidando en ellos, etc., no se cubrió en absoluto. Es información útil, pero en realidad no responde la pregunta.
@PhilFrost Me gustaría ayudar. ¿Puedes editar tu pregunta para preguntar específicamente lo que quieres? ¿Está interesado en las discontinuidades solamente? No está claro si está preguntando sobre señales de potencia, digitales o de RF porque todos son animales diferentes. ¿Estás hablando de líneas de transmisión de energía ahora con pájaros, lluvia? ¿Dónde poner los conectores? Etc = ¿Qué exactamente?
Su respuesta tiene mucha información específica sobre un subconjunto muy pequeño de mi pregunta. Sé minimizar la longitud del trozo. La pregunta no era sobre eso. Sé que hay muchas maneras en que podría realizar una 50 Ω impedancia en la carga. La pregunta tampoco era sobre eso. La pregunta es sobre los tres casos claramente ilustrados en la pregunta, y sus ventajas y desventajas específicas, y cómo estas propiedades benefician o no los casos de uso común enumerados en la pregunta.
@PhilFrost Los 3 casos que publicaste no son formas válidas de hacer una línea de transmisión. Todos ellos introducen discontinuidades innecesarias porque el plano de tierra de su línea de transmisión tiene discontinuidades en la fuente. Lea mi primera oración sobre los planos de tierra para ver los ejemplos que muestro. Tampoco entiendo tus dibujos porque la línea de puntos de transmisión no está conectada a tierra para el caso 1.
y tampoco está conectado a tierra para el caso 3. ¿Se supone que estas son líneas de transmisión coaxiales con la línea de puntos en el escudo?
Como la palabra "coaxial" está en el pie de foto, supongo que sí. Pero no veo cómo importa en absoluto, porque la pregunta es sobre las líneas de transmisión (ideales). Tal vez debería intentar leer la pregunta de nuevo, con cuidado.
Incluso si esto no es lo que @PhilFrost está buscando, creo que sería una excelente publicación wiki para la comunidad.
@akohlsmith Bueno, todos estos problemas se relacionan con estructuras de líneas coaxiales 'ideales' y por qué se prefieren en el caso no ideal (mundo real). No sé de qué está hablando Phil y él no me entiende. Esperemos que ayude a otros.
¿Cómo se comparan los diferentes métodos de terminación de línea de transmisión?
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