傳輸線理論

2022-08-31 01:09:10 字數 2220 閱讀 5757

a、單端傳輸線

b、差分傳輸線

c、微帶線(microstrip)

d、帶狀線(stripline)

單端傳輸線特性阻抗與傳輸線尺寸、介質層厚度、介電常數的關係如下:

*與跡線到參考平面的距離(介質層厚度)成正比

*與跡線的線寬成反比

*與跡線的高度成反比

*與介電常數的平方根成反比

單端傳輸線特性阻抗的範圍通常情況下為 25ω至120ω,幾個較常用的值是28ω、33ω、50ω、52.5ω、58ω、65ω、75ω

差分(通常稱為平衡式)傳輸線適用於對雜訊隔離和改善時鐘頻率要求較高的情況。在差分模式中,傳輸線路是成對布放的,兩條線路上傳輸的訊號電壓、電流值相等,但相位(極性)相反。由於訊號在一對跡線中進行傳輸,在其中一條跡線上出現的任何電子雜訊與另一條跡線上出現的電子雜訊完全相同(並非反向),兩條線路之間生成的場將相互抵消,因此與單端非平衡式傳輸線相比,只產生極小的地線迴路雜訊,並且減少了外部雜訊的問題。

差分傳輸線的特性阻抗(差分阻抗)指的是差分傳輸線中兩條導線之間的阻抗,它與差分傳輸線中每條導線對地的特性阻抗是有區別的,主要表現為:

1)間距很遠的差分對訊號,其特性阻抗是單個訊號線對地特性阻抗的兩倍。

2)間距較近的差分對訊號,其特性阻抗比單個訊號線對地特性阻抗的兩倍小。

3)其它因素保持不變時,差分對訊號之間的間距越小其特性阻抗越低(差分阻抗與差份線隊之間的間距成反比)。

4)傳輸線特性阻抗通常情況下為100ω,有時也用到75ω。

它由一根帶狀導線與地平面構成,中間是電介質。如果電介質的介電常數、線的寬度、及其與地平面的距離是可控的,則它的特性阻抗也是可控的,其精確度將在±5%之內。

可見,傳輸延遲僅取決於介電常數,而與線寬或間隔無關。對fr-4板(εr≅4.5),訊號傳輸速度約為15cm/ns。

帶狀線就是一條置於兩層導電平面之間的電介質中間的銅帶。如果線的厚度和寬度,介質的介電常數,以及兩層接地平面的距離都是可控的,則線的特性阻抗也是可控的,且精度在10%之內。

理論上,帶狀線的特性阻抗為:

若w/(b-t)<0.35和t/b<0.25,這個方程被證明是足夠精確的。

帶狀線的傳輸延遲為:

對fr-4板(εr≅4.5),訊號傳輸速度約為12cm/ns。同樣,傳輸延遲與線寬或間距無關。

而傳輸線的等效電路是無數個上邊的微分線段的等效電路的串聯。線上任意一點的電壓與電流都是入射波與反射波的疊加。

特徵阻抗:

特徵阻抗是傳輸線分布電容與電感的等效,它的物理意義為入射波電壓與電流的比值或反射波電壓與電流的比值。

當頻率足夠高時(f≥100khz),對模型進行簡化與推導,得出特性阻抗的計算公式。

z_0= √(l/c)

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