T3/E3/STS-1 LIU的回波损耗测量

摘要：本应用笔记讨论了在线路接口单元(LIU)—Dallas Semiconductor公司的DS3150 ― 应用中，如何测量并改进回波损耗(RL)。对回波损耗的定义、要求、测量以及改进方法进行了论述。

回波损耗定义

当高速信号到达传输线路的终端时，如果传输线路没有很好地端接，部分信号能量将会向发送器反射。该反射信号与原始信号混合，这将导致原始信号失真，使LIU接收器很难正确恢复时钟和数据。

回波损耗是原始信号与反射信号的功率比(用dB表示)。因此，回波损耗表示的是反射信号的相对大小，同时也反映了传输线路终端的匹配度或者说失配度。如果在给定频率下测得LIU卡的回波损耗为20dB，则表明在该频率下反射信号比原始信号功率小20dB。

回波损耗要求

对于E3、ITU G.703和ETS 300-686，规定的输入回波损耗如表1所列，输出回波损耗如表2所列。

表1. 输入端最小回波损耗

Frequency Range	Return Loss
860kHz to 1720kHz	12dB
1720kHz to 34368kHz	18dB
34368kHz to 51550kHz	14dB

表2. 输出端最小回波损耗

Frequency Range	Return Loss
860kHz to 1720kHz	6dB
1720kHz to 51550kHz	8dB

Dallas Semiconductor的LIU回波损耗测量

ETS 300-686规范中的A.2.5和A.2.6细则描述了测量E3回波损耗的测试设备和程序。图1所示的测试装置用于测量输入回波损耗，并验证其是否符合表1所列出的要求。输出回波损耗的测量装置与之相似，只是测量装置被连接到了发送器的输出而非接收器输入。


图1. 回波损耗测量装置

图1装置中，回波损耗电桥采用的是Wide Band Engineering, Inc.的A57TLSTD。两个50Ω/75Ω阻抗转换器(Wide Band Engineering的A65L)用来连接75Ω电桥与50Ω信号发生器和50Ω频谱分析仪端口。图1中桥右侧的75Ω精密电阻是回波损耗桥的组成部分。Advantest的R3132频谱分析仪作为信号发生器和频谱分析仪。

在图1装置中，发生器在860kHz至51550kHz的频率范围内，提供峰值为1V的正弦信号。

若要在测量回波损耗之前检查测试装置，电桥的NTP接口(图1中左侧的接口)应连接至75Ω ±0.25%的测试负载。在图1装置中，这个精密电阻是Wide Band Engineering Company的回波损耗桥中的一个元件。用该电阻作为测试负载时，回波损耗应比表1所要求的回波损耗高出20dB以上。图2所示为使用图1装置、在75Ω ±0.25%测试负载下所测得的回波损耗。1720kHz频率下，该装置测量所得的回波损耗为45.27dB。


图2. 75Ω测试负载的回波损耗

将电桥的NTP接口连接至DS3150DK评估板的接收端口，并采用330Ω标准端接电阻，在1720kHz频率下所测量的回波损耗为15.27dB，如图3所示。该值并不能满足表1中的要求。下面将阐述如何改进回波损耗以满足那些要求。


图3. DS3150DK的回波损耗

改进DS3150应用电路的回波损耗

有多种方法可以对DS3150 LIU的回波损耗加以改进：

1. 终端电阻值由330Ω改为390Ω。
2. 用T3002变压器替代PE-65968变压器，并在一次侧绕组上增加一个100nH串连电感。

通过改变终端电阻(从330Ω到390Ω)改善DS3150的回波损耗

DS3150接收器的标准端接网络如图4所示。由于严格依照正确的特性阻抗对PCB布线非常困难，因此通常需要对理想的330Ω终端电阻值进行调节，以改善回波损耗。


图4. DS3150DK的原始终端网络

使用DS3150DK电路板时，用390W电阻替换330Ω终端电阻，可以大大改善回波损耗。采用390Ω终端电阻时，DS3150DK在1720kHz频率下的回波损耗为18.01dB (图5)，而在34.01MHz频率下的回波损耗为23.39dB (图6)。以上这两个值都能满足表1中的要求。


图5. DS3150DK终端网络经调整后，在1720kHz频率下的回波损耗


图6. DS3150DK终端网络经调整后，在34.01MHz频率下的回波损耗

通过改变变压器，并增加一个100nH的一次侧绕组串连电感，改善DS3150的回波损耗

在本例中，对DS3150DK评估板作了如下调整：

1. 替换PE-65968变压器为T3002变压器；
2. 在一次侧绕组上串连一个100nH电感。

经过调整后，采用标准终端网络的DS3150接收器示于图7。


图7. 调整后的DS3150DK终端网络


图8. 调整终端网络后的DS3150DK在1720kHz处的回波损耗


图9. 调整终端网络后的DS3150DK在34.37MHz处的回波损耗