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《高速pcb設(shè)計的傳輸線及其特性阻抗》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、高速PCB設(shè)計的傳輸線及其特性阻抗一.什么是傳輸線?我們經(jīng)常會用到傳輸線這一術(shù)語，可是講到其具體定義時，很多工程師都是欲言又止，似懂非懂……我們知道，傳輸線用于將信號從一端傳輸?shù)搅硪欢?，下圖說明了所有傳輸線的一般特征所以，可以這樣理解：傳輸線由兩條一定長度導(dǎo)線組成，一條是信號傳播路徑，另一條是信號返回路徑。?1.分析傳輸線，一定要聯(lián)系返回路徑，單根的導(dǎo)體并不能成為傳輸線2.和電阻，電容，電感一樣，傳輸線也是一種理想的電路元件，但是其特性卻大不相同，用于仿真效果較好，但電路概念卻比較復(fù)雜3.傳輸線有兩個非常重要的特征：特性阻抗和時延?二.傳輸線分類?經(jīng)常
2、用到的雙絞線，同軸電纜都是傳輸線??對于PCB來說，常有微帶線和帶狀線兩種微帶線通常指PCB外層的走線，并且只有一個參考平面帶狀線是指介于兩個參考平面之間的內(nèi)層走線下圖為微帶線和帶狀線示意圖及其阻抗計算公式，可以從這個公式中看出，阻抗和那些因素有關(guān)，但是實際工程應(yīng)用中，都是用一些專業(yè)軟件進(jìn)行阻抗計算，比如Polar?三.傳輸線阻抗?先來澄清幾個概念，經(jīng)常會看到阻抗，特性阻抗，瞬時阻抗，嚴(yán)格來講，他們是有區(qū)別的，但是萬變不離其宗，它們?nèi)匀皇亲杩沟幕径x.將傳輸線始端的輸入阻抗簡稱為阻抗將信號隨時遇到的及時阻抗稱為瞬時阻抗如果傳輸線具有恒定不變的瞬時阻抗
3、，就稱之為傳輸線的特性阻抗?特性阻抗描述了信號沿傳輸線傳播時所受到的瞬態(tài)阻抗，這是影響傳輸線電路中信號完整性的一個主要因素?如果沒有特殊說明，一般用特性阻抗來統(tǒng)稱傳輸線阻抗簡單的來說，傳輸線阻抗可以用上面的公式來說明，但如果往深里說，我們就要分析信號在傳輸線中的行為，EricBogatin博士在他的著作《SignalIntegrity:Simplified》里面有很詳細(xì)的說明，讀者可以找原著來進(jìn)行細(xì)究，這里只做一個簡述：?*以下分析收自與網(wǎng)絡(luò)資料網(wǎng)際星空網(wǎng)站oldfriend老師的作品*當(dāng)訊號沿著一條具有同樣橫截面的傳輸線移動時，假定把1V的階梯波(s
4、tepfunction)加到這條傳輸線中(如把1V的電池連接到傳輸線的發(fā)送端，電壓跨在發(fā)送線和回路之間)，一旦連接，這個電壓階梯波沿著該線以光速傳播，它的速度通常約為6英寸/ns。這個信號是發(fā)送線路和回路之間的電壓差，它可以從發(fā)送線路的任何一點和回路的相臨點來衡量。訊號能量在第一個0.01ns前進(jìn)了0.06英寸，這時發(fā)送線路有多余的正電荷(由電池提供)，而回路有多余的負(fù)電荷，正是這兩種電荷差維持著這兩個導(dǎo)體之間的1V電壓差，且這兩個導(dǎo)體間也形成了一個電容器。在下一個0.01ns中，又要將下一段0.06英寸傳輸線的電壓從0調(diào)整到1V，這必須再加一些正電荷
5、到發(fā)送線路，與加一些負(fù)電荷到接收線路。每移動0.06英寸，必須把更多的正電荷加到發(fā)送線路，而把更多的負(fù)電荷加到回路。每隔0.01ns，必須對傳輸線路的另外一段進(jìn)行充電，然后信號開始沿著這一段傳播。電荷來自傳輸線前端的電池，當(dāng)訊號沿著這條線移動時，就給傳輸線的連續(xù)部份充電，因而在發(fā)送線路和回路之間形成了1V的電壓差。每前進(jìn)0.01ns,就從電池中獲得一些電荷(±Q)，恒定的時間間隔(±t)內(nèi)從電池中流出的恒定電量(±Q)就是一種恒定電流。流入回路的負(fù)電流實際上與流出的正電流相等，而且正好在信號波的前端，交流電流藉由上、下線路組成的電容，結(jié)束整個循環(huán)過程。
6、?訊號傳遞時，會在傳輸線內(nèi)建立一個電場，而這訊號傳遞的速度取決于在訊號與回路周圍金屬材質(zhì)的電荷充放電與磁場生成速度。?對電池來說，當(dāng)信號沿著傳輸線傳播，并且每隔0.01ns對連續(xù)0.06英寸傳輸線段進(jìn)行充電。從電源獲得恒定的電流時，傳輸線看起來像一個阻抗器，并且它的阻抗值恒定，這可稱為傳輸線路的浪涌阻抗(surgeimpedance)。同樣地，當(dāng)信號沿著線路傳播時，在下一步之前(0.01ns之內(nèi))，把這一步的電壓提高到1V所需供應(yīng)的能量(電流)，這就涉及到瞬時阻抗的概念。如果信號以穩(wěn)定的速度沿著傳輸線傳播，并且傳輸線具有相同的橫截面，那么在0.01ns
7、中每前進(jìn)一步需要相同的電荷量，以產(chǎn)生相同的信號電壓。此時，信號著這條線前進(jìn)時，會遭遇同樣的瞬時阻抗，這被視為傳輸線的一種特性，被稱為特性阻抗。如果信號在傳遞過程的每一步的特性阻抗相同，那么該傳輸線可認(rèn)為是可控阻抗(controlledimpedance)傳輸線。瞬時阻抗或特性阻抗，對信號傳遞質(zhì)量而言非常重要。在傳遞過程中，如果下一步的阻抗和上一步的阻抗相等，工作可順利進(jìn)行，但若阻抗發(fā)生變化(阻抗不匹配)，那會出現(xiàn)一些問題。為了達(dá)到最佳信號質(zhì)量，設(shè)計目標(biāo)是在信號傳遞過程中盡量保持阻抗穩(wěn)定，首先必須保持傳輸線特性阻抗的穩(wěn)定，因此，可控阻抗板的生產(chǎn)變得越來越
8、重要。另外，其它的方法，如余線(stub)長度最短化、末端去除和整線使用，也用來保持信號傳遞中
