Что и почему прекращается?

Я новичок в электронике и не понимаю, что такое терминация и зачем она нужна, особенно в цифровых коммуникациях.

Благодарность

Может быть, более механическое объяснение помогает понять:

Представьте, что у вас длинная веревка, один конец которой прикреплен к стене, а другой - к вам. Коротким движением вверх вы можете создать волну, путешествующую по веревке:

(из http://wwwex.physik.uni-ulm.de/lehre/physing1/node52.html )

Теперь, почему это так? Представьте, что веревка состоит из множества маленьких кусочков, каждый из которых прилагает силу к следующему, и поэтому сталкивается с силой от своих соседей. Давайте сосредоточимся на вертикальных силах и скажем, что сила линейно зависит от вертикального расстояния между деталями. Вот график, показывающий силы от соседей и сумму этих сил (то есть направление и сила ускорения). Волна должна двигаться слева направо:

Как вы можете видеть, фигура № 15 сталкивается с восходящей силой и ускоряется вверх. Часть № 14 сталкивается с той же силой вниз, плюс большая сила вверх от части № 13 и так далее.

Наконец, части на задней кромке (5, 6, 7) движутся вниз, но ускоряются вверх, пока не остановятся.

Что происходит на стене?

Часть 13 не может двигаться, и из-за большого вертикального расстояния до частицы № 12, № 12 сталкивается с очень сильной нисходящей силой. Он пробивается вниз, и, наконец, вы получаете горизонтально перевернутую волну, идущую назад к вам.

Что если веревка вообще не закреплена?

Изображение веревки перерезано между частями 12 и 13. На последней фигуре это означает, что ни один из 12 не сталкивается только с силой, направленной вверх. Наконец, она поднимется выше максимума волны, подобно вершине кнута, и создаст новую, не перевернутую волну, движущуюся назад по веревке.

Что если у твоего приятеля второй конец?

Ну, обычно, волна просто поглощается вашим приятелем, как будто веревка продолжается за ним. Это потому, что он не держит конец так же крепко, как стена, но и не так свободно, как будто ничего не было.

Обратите внимание, что скорость волны зависит от ее веса, а также от натяжения. Это потому, что напряженность является источником сил, описанных здесь.

Какое это имеет отношение к электронике?

Наконец, распространение сигнала аналогично распространению волны на веревке. Если вы закроете конец сигнальной линии к GND, вы сохраните его на фиксированном потенциале, таком как стена, и край сигнала будет отражаться с другим знаком амплитуды. Если конец не связан с чем-либо, края сигнала будут отражаться с тем же знаком амплитуды. Вы можете предотвратить отражение, подключив сигнал к GND через резистор, как ваш собеседник. Ясно, что слишком высокое сопротивление похоже на разомкнутую сигнальную линию, а слишком низкое сопротивление похоже на короткое замыкание на GND, поэтому необходимо согласовать резистор с точным значением, при котором он просто поглощает сигнал.

Наконец, выйди и попробуй это с веревкой. Может быть, вы можете попросить своего собеседника держать веревку более туго или свободно, как обычно, но, естественно, люди, как правило, достаточно хорошо ... соответствуют сопротивлению веревки.

РЕДАКТИРОВАТЬ:

Искал вчера, но не нашел. Вот изображения области из области, непосредственно подключенной к генератору импульсов плюс длинный кабель, украденные с https://hohlerde.org/rauch/elektronik/kleines/kabelradar/index.de.html :

Короткое замыкание на конце кабеля, вы получите отраженное отражение:

Для кабеля с открытым концом вы получаете прямое отражение:

При правильном завершении нет отражения. Тем не менее, завершение немного слишком сильно, так как вы все еще видите небольшое падение вниз.

Кстати, отражение приходит примерно через 20 нс, то есть по 10 нс в каждом направлении. При скорости света 75% это соответствует длине кабеля около 2,2 м.

EDIT2:

Мне было весело писать симуляторы. Как и выше, веревка разделена на несколько частей, и вертикальная сила на каждом участке определяется от ее вертикального расстояния до ее прямых соседей. Вот:

Вот что, наконец, помогло мне понять окончание и размышления: Предположим, у вас очень, очень длинный коаксиальный кабель с удаленным концом, замкнутым вместе. Если вы пропустите ток через него, какое будет напряжение?

Поскольку на дальнем конце кабеля происходит короткое замыкание, можно ожидать, что напряжение останется около 0. Но дальний конец находится на большом расстоянии - если бы напряжение было равно 0 вольт, мы бы общались быстрее, чем свет! Вместо этого сигнал должен распространяться вниз по кабелю к короткому, а затем снова к ближнему концу, прежде чем мы увидим короткое замыкание на нашем конце. Вот что такое отражение.

Как выглядит сигнал за время до появления отражения? Ну, кабель имеет ненулевое сопротивление и ненулевую емкость - электрически, это похоже на длинную последовательность последовательных индукторов и шунтирующих конденсаторов - и это заставит его заряжаться от нашего источника тока по мере распространения сигнала. Электрически это выглядит как сопротивление - это называется характеристическим сопротивлением. Бесконечно длинный кусок коаксиального кабеля на 50 Ом будет электрически выглядеть точно как резистор на 50 Ом. Более короткий резистор выглядит как резистор сопротивлением 50 Ом в течение периода распространения сигнала по кабелю.

В нашем воображаемом сценарии при подаче тока на длинный кабель с коротким замыканием на конце форма волны напряжения будет выглядеть как короткий пик (с напряжением, равным току * характеристика_импеданс) с последующим возвратом к (около) 0 вольт. Если бы другой конец кабеля был разомкнутой цепью, он бы выглядел как короткий пик, за которым следовало бы более высокое напряжение (определяемое максимальным напряжением нашего источника тока).

Предположим, мы не хотим никаких размышлений. Если мы подключим коаксиальный кабель к резистору, значение которого совпадает с характеристическим сопротивлением кабеля, мы отсортированы! Коаксиальный кабель выглядит как резистор на 50 Ом во время распространения сигнала и по-прежнему выглядит как резистор на 50 Ом после завершения распространения - потому что мы подключили один через него на дальнем конце. Это прекращение.

Завершение необходимо, когда вы работаете с линиями передачи и (относительно) высокочастотными сигналами. Сигналы, проходящие по линиям электропередачи, фактически распространяются как электромагнитные волны, и эта волна может отражаться любыми нарушениями в линии из-за изменений импеданса. Именно этот эффект заставляет свет отражаться от воды или кусочка стекла. Завершение относится к добавлению резистора в конце линии передачи для поглощения сигнала, проходящего по линии, и предотвращения отражений. Нагрузочный резистор должен быть согласован с полным сопротивлением линии, чтобы не создавать разрыв и возникающие в результате отражения.

Это чрезвычайно важно в высокоскоростных цифровых системах, поскольку эти отражения могут вызывать межсимвольные помехи, которые приводят к ошибкам в битах. Кстати, Intel столкнулась с этой проблемой, когда они увеличили скорость своих процессоров. Они были вынуждены нанять большое количество РЧ-инженеров, чтобы модернизировать свои материнские платы для правильной работы на высоких скоростях.

Для большинства радиочастотных применений линии передачи, как правило, заканчиваются резистором на землю. Однако в цифровых приложениях иногда выгодно завершить линию несколькими разными способами. Для некоторых шин используется нагрузочное напряжение 1/2 Vcc, так что требуемая мощность привода для подъема и опускания будет симметричной, что приведет к повышению производительности. Это характерно для высокоскоростных шин памяти, включая DDR2 и DDR3. Для дифференциальных линий общим типом согласования является один резистор, который напрямую соединяет два проводника, а не отдельные резисторы с землей.

Сигналы переменного тока, которые проходят вдоль провода, отражаются на его концах. Этот отраженный сигнал смешивается с «реальным» сигналом и вызывает помехи. Завершение обычно означает положить резистор в конце; это приводит к тому, что конец линии ведет себя как бесконечная длина провода (без конца, поэтому без отражения).

Значение резистора зависит от полного сопротивления линии . Вот почему существует конкретное значение нагрузочного резистора, которое необходимо использовать для определенного типа линии или шины.