实验报告 传输线.doc

实验报告实验题目:传输线的特性阻抗匹配一、实验目的:理解传输线源端阻抗和终端负载阻抗对传输信号影响的原理和高频信号的传输规律,掌握源端反射和终端反射的概念,以及消除源端反射和终端反射的方法,在实验中进行操作,观察信号波形,验证原理。二、实验器材:被测电路(XILINX公司型号为XC2S100E/TQ208的FPGA芯片,60M的晶振),示波器(TDS1012B,带宽100M,采样率1GS/S),示波器探头(10X,200MHZ,输入电容16PF,输入电阻10兆欧姆),电源,48米长双绞线,0~200欧电位器,0~5K欧电位器。三、实验内容:用VHDL语言编写分频程序,下载到相应的FPGA芯片中,使其产生100KHZ的方波,占空比为1:3。先用示波器测量原始信号,观察波形,并记录输出电压,对信号源串接一个100欧的电阻,测量输出的信号,记录输出电压,通过运用简单的欧姆定律,信号源和外接电阻的串联电路原理,计算所使用的信号源FPGA的内阻。使用传输线传输信号,开始源端和末端都不端接电阻,分别测量源端和末端的信号,然后再分别进行源端和末端阻抗匹配,消除反射。源端和末端再分别端接不同阻抗的电阻,观察输出波形,理解反射原理。四、实验原理数字信号由器件的输出端接到另一器件的输入端要使用传输线。理想传输线的电阻应该为零,实际中传输线总是有一些小的串联电阻。实际传输线的非零电阻会引起传播信号的衰减和畸变。连接到传输线上的任何源端及负载阻抗的组合将会降低它的性能,阻抗不匹配时,会出现信号反射,引起振荡。: 输出函数:末端反射函数:源端反射函数:其中:源端阻抗,:传输线阻抗,:末端(负载阻抗),、为正时,反射同向;为负时,反射反向。,终端反射被消除,波形以满幅度沿着整个传输线的路径传播,所有的反射被末端负载电阻衰减,接收到的电压等于传输电压。,源端反射被消除;时,接收函数=1/2,信号波形在传播到线路之前被串联的源端电阻分担一半,信号以一半的强度传播到线路末端,补偿方式是在线路的末端,使负载阻抗为无穷大(开路),使=2,且=1,线路末端电压的加倍来补偿输入端电压的减半。反射信号的强度是信号强度的一半,一半强度的反射加上一半强度的初始输入信号,在接收端达到信号的完整电平,由于=1,相当大的信号反射回输入端。反射信号沿着线路向源端反向传播,被源端阻抗衰减。五、,将程序下载到电路板中。。,运用欧姆定理求解信号源内阻。,源端和末端都不端接电阻,测量源端和末端的信号波形。,源端和末端分别端接不同阻值的电阻,进行源端和末端阻抗匹配实验,记录波形,观察信号的衰减畸变程度和信号经过传输线的延迟。,源端和末端分别端接与传输线特性阻抗不匹配的阻抗,进行几组实验,记录波形,观察比较。六、,,,,根据串联电路的欧姆定律,计算出:,远小于本实验所测量100KHZ信号上升沿的六分之一,所以实验中可以看到反射。如果传输线的长度超过上升沿长度,就看不到从末端负载电阻反弹回来的任何反射,因为在第一个上升沿完成其整个过程之前,末端反射还没有足够时间到达源端,然后再反射回末端。本实验所选用的双绞线长度为48米,,终端无穷=1,=-1,=2开始时,由于终端有一个比较大的反射信号反射回源端,所以输出信号有一个大的阶跃,又因为源端反射函数=-1,反射信号与原始信号反向,, 源端0,终端100本实验采用48米长的双绞线作为传输线,双绞线的特性阻抗与线长没有关系,与线径和线间距离有关,计算公式为:(导线直径为d,导线中心之间的距离为s(s>d),有效相对介电常数为),根据公式计算得,双绞线的特性阻抗大约为100欧,所以在进行源端和末端端接时,采用100欧左右的电阻,就可以匹配双绞线特性阻抗从而消除反射。,终端无穷=1/3,=1/3,=2,=1,信号以三分之一的强度传播到线路末端,线路末端电压的加倍来补偿输入端电压。反射信号强度为信号的三分之一,三分之一强度的反射加上三分之一强度的初始输入信号,在接收端达到信号的三分之二电平,反射信号沿着线路向源端反向传播,由于阻抗的不匹配,源端也存在反射,反射