Was und wieso kündigen?

Ich bin neu in der Elektronik und verstehe nicht, was Terminierung ist und warum sie benötigt wird, insbesondere in der digitalen Kommunikation.

Vielen Dank

Vielleicht hilft eine mechanischere Erklärung dabei, Folgendes zu verstehen:

Stellen Sie sich vor, Sie haben ein langes Seil, dessen eines Ende an einer Wand befestigt ist und dessen anderes Ende von Ihnen gehalten wird. Durch einen kurzen Hub nach oben können Sie eine Welle erzeugen, die sich entlang des Seils bewegt:

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

Warum ist es so? Stellen Sie sich vor, das Seil besteht aus vielen kleinen Teilen, von denen jedes eine Kraft auf das nächste ausübt und so auf eine Kraft trifft, die von seinen Nachbarn auf sich selbst ausgeht. Konzentrieren wir uns auf die vertikalen Kräfte und sagen, dass die Kraft linear vom vertikalen Abstand zwischen den Teilen abhängt. Hier ist ein Diagramm, in dem die Kräfte der Nachbarn und die Summe dieser Kräfte (dh Richtung und Stärke der Beschleunigung) dargestellt sind. Die Welle sollte sich von links nach rechts bewegen:

Wie Sie sehen können, trifft Teil Nr. 15 auf eine Aufwärtskraft und wird so nach oben beschleunigt. Stück Nr. 14 trifft auf die gleiche Kraft nach unten, plus eine größere Kraft nach oben von Teil Nr. 13 und so weiter.

Schließlich bewegen sich die Teile an der Hinterkante (5, 6, 7) nach unten, werden jedoch nach oben beschleunigt, bis sie zur Ruhe kommen.

Was passiert an der Wand?

Teil 13 kann sich nicht bewegen, und aufgrund des großen vertikalen Abstands zum Partikel Nr. 12 erfährt Nr. 12 eine sehr starke Abwärtskraft. Es wird nach unten gestanzt, und schließlich kommt eine horizontal gewendete Welle auf Sie zu.

Was ist, wenn das Seil überhaupt nicht befestigt ist?

Bild das Seil ist zwischen Stück 12 und 13 geschnitten. Für die letzte Figur bedeutet dies, dass keine 12 nur auf die Aufwärtskraft trifft. Schließlich steigt es wie die Spitze einer Peitsche höher als das Maximum der Welle und erzeugt eine neue, nicht umgedrehte Welle, die sich rückwärts über das Seil bewegt.

Was ist, wenn dein Kumpel das zweite Ende hält?

Nun, normalerweise wird die Welle nur von Ihrem Kumpel absorbiert, als würde das Seil hinter ihm weiterlaufen. Dies liegt daran, dass er das Ende nicht so fest hält wie die Wand, sondern auch nicht so locker, als ob es nichts gäbe.

Beachten Sie, dass die Geschwindigkeit der Welle sowohl vom Gewicht als auch von der Spannung abhängt. Dies liegt daran, dass die Spannung der Ursprung der hier beschriebenen Kräfte ist.

Was hat das mit Elektronik zu tun?

Schließlich ist die Signalausbreitung der Ausbreitung der Welle auf dem Seil ähnlich. Wenn Sie das Ende der Signalleitung mit GND kurzschließen, halten Sie es wie die Wand auf einem festen Potential, und die Flanke eines Signals wird mit unterschiedlichem Vorzeichen der Amplitude reflektiert. Wenn das Ende mit nichts verbunden ist, werden die Signalflanken mit demselben Vorzeichen der Amplitude reflektiert. Sie können die Reflexion verhindern, indem Sie das Signal über einen Widerstand wie Ihren Kumpel mit GND verbinden. Es ist klar, dass ein zu hoher Widerstand einer offenen Signalleitung und ein zu niedriger Widerstand einem Kurzschluss zu GND gleicht. Sie müssen daher den Widerstand genau auf den Wert einstellen, bei dem er das Signal gerade absorbiert.

Zum Schluss gehen Sie raus und probieren Sie dieses Zeug mit dem Seil. Vielleicht können Sie Ihren Kumpel bitten, das Seil fester oder lockerer als gewöhnlich zu halten, aber natürlich tendieren die Leute dazu, die ... Impedanz des Seils recht gut anzupassen.

BEARBEITEN:

Habe gestern danach gesucht, es aber nicht gefunden. Hier sind Scope-Bilder von einem Scope, der direkt an einen Impulsgenerator angeschlossen ist, sowie ein langes Kabel, das von https://hohlerde.org/rauch/elektronik/kleines/kabelradar/index.de.html gestohlen wurde :

Wenn Sie das Kabelende kurzschließen, erhalten Sie eine gespiegelte Reflexion:

Für ein offenes Kabel erhalten Sie eine aufrechte Reflexion:

Bei korrekter Terminierung erfolgt keine Reflexion. Die Terminierung ist jedoch etwas zu stark, da Sie immer noch ein leichtes Absinken sehen.

Übrigens kommt die Reflexion nach ungefähr 20 ns an, also 10 ns pro Richtung. Bei 75% Lichtgeschwindigkeit entspricht dies einer Kabellänge von ca. 2,2 m.

EDIT2:

Ich hatte Spaß daran, eine Simulation zu schreiben. Wie oben ist das Seil in mehrere Teile unterteilt, und die vertikale Kraft auf jedes Teil wird aus seinem vertikalen Abstand zu seinen direkten Nachbarn bestimmt. Hier ist es:

Folgendes hat mir endlich geholfen, die Terminierung und die Überlegungen zu verstehen: Angenommen, Sie haben ein wirklich sehr langes Koaxialkabel, dessen hinteres Ende kurzgeschlossen ist. Wie hoch ist die Spannung, wenn Sie sie mit Strom versorgen?

Da das Kabel am fernen Ende kurzgeschlossen ist, würde man erwarten, dass die Spannung nahe 0 bleibt. Aber das ferne Ende ist weit entfernt - wenn die Spannung sofort 0 Volt wäre, würden wir schneller kommunizieren als Licht! Stattdessen muss sich das Signal über das Kabel zum Kurzschluss und dann wieder zum nahen Ende ausbreiten, bevor wir den Kurzschluss am Ende sehen. Das ist eine Reflexion.

Wie sieht das Signal in der Zeit vor dem Eintreffen der Reflexion aus? Nun, das Kabel hat einen Widerstand ungleich Null und eine Kapazität ungleich Null - elektrisch ist es wie eine lange Folge von Serieninduktivitäten und Nebenschlusskondensatoren - und das wird dazu führen, dass es sich von unserer Stromquelle auflädt, während sich das Signal ausbreitet. Elektrisch sieht das wie ein Widerstand aus - das nennt man charakteristische Impedanz. Ein unendlich langes Stück 50-Ohm-Koaxialkabel würde elektrisch genau wie ein 50-Ohm-Widerstand aussehen. Ein kürzerer sieht aus wie ein 50-Ohm-Widerstand während der Zeit, in der sich das Signal über das Kabel ausbreitet.

In unserem imaginären Szenario sieht die Spannungswellenform beim Anlegen eines Stroms an ein langes Kabel mit einem Kurzschluss am Ende wie eine kurze Spitze aus (wobei die Spannung gleich dem Strom * charakteristische Impedanz ist), gefolgt von einer Rückkehr zu (nahe) 0 Volt. Wenn das andere Ende des Kabels ein offener Stromkreis wäre, würde es stattdessen wie eine kurze Spitze aussehen, gefolgt von einer höheren Spannung (bestimmt durch die maximale Spannung unserer Stromquelle).

Angenommen, wir wollten keine Überlegungen. Wenn wir das Koaxialkabel mit einem Widerstand abschließen, der den gleichen Wert wie die charakteristische Impedanz des Kabels hat, werden wir sortiert! Das Koaxialkabel sieht aus wie ein 50-Ohm-Widerstand, während sich das Signal ausbreitet, und sieht nach Beendigung der Ausbreitung immer noch aus wie ein 50-Ohm-Widerstand, da wir einen Widerstand am anderen Ende daran angeschlossen haben. Das ist Kündigung.

Die Terminierung ist erforderlich, wenn Sie mit Übertragungsleitungen und (relativ) hochfrequenten Signalen arbeiten. Signale, die sich über Übertragungsleitungen ausbreiten, breiten sich tatsächlich als elektromagnetische Welle aus, und diese Welle kann aufgrund von Impedanzänderungen durch Unstetigkeiten in der Leitung reflektiert werden. Dieser genaue Effekt bewirkt, dass Licht von einem Wasserbecken oder einem Stück Glas reflektiert wird. Die Terminierung bezieht sich auf das Hinzufügen eines Widerstands am Ende einer Übertragungsleitung, um das Signal zu absorbieren, das durch die Leitung fließt, und um Reflexionen zu verhindern. Der Abschlusswiderstand muss an die Leitungsimpedanz angepasst werden, damit keine Diskontinuität und die daraus resultierenden Reflexionen entstehen.

Dies ist in digitalen Hochgeschwindigkeitssystemen äußerst wichtig, da diese Reflexionen Intersymbolinterferenzen verursachen können, die zu Bitfehlern führen. Im Übrigen ist Intel auf dieses Problem gestoßen, als sie die Geschwindigkeit ihrer CPUs erhöhten. Sie waren gezwungen, eine große Anzahl von HF-Ingenieuren einzustellen, um ihre Hauptplatinen so zu gestalten, dass sie bei hohen Geschwindigkeiten korrekt funktionieren.

Bei den meisten HF-Anwendungen werden Übertragungsleitungen im Allgemeinen mit einem Widerstand gegen Masse abgeschlossen. In digitalen Anwendungen ist es jedoch manchmal vorteilhaft, die Leitung auf verschiedene Arten zu terminieren. Bei einigen Bussen wird eine Abschlussspannung von 1/2 Vcc verwendet, damit die erforderlichen Antriebsstärken sowohl für das Hochziehen als auch für das Herunterziehen symmetrisch sind, was zu einer besseren Leistung führt. Dies ist bei Hochgeschwindigkeitsspeicherbussen einschließlich DDR2 und DDR3 üblich. Bei differentiellen Leitungen ist ein gemeinsamer Terminierungsstil ein Widerstand, der die beiden Leiter im Gegensatz zu einzelnen Widerständen direkt mit Masse verbindet.

Wechselstromsignale, die sich entlang eines Kabels bewegen, werden an seinen Enden reflektiert. Dieses reflektierte Signal mischt sich mit dem "echten" Signal und verursacht Störungen. Beendigung bedeutet normalerweise, einen Widerstand am Ende zu setzen; Dadurch verhält sich das Leitungsende wie eine unendliche Drahtlänge (ohne Ende, also ohne Reflexion).

Der Wert des Widerstands hängt von der Impedanz der Leitung ab . Aus diesem Grund muss für eine bestimmte Art von Leitung oder Bus ein bestimmter Abschlusswiderstandswert verwendet werden.