输电线路阻抗的指南

2022年1月12日

这个ASIC的信号可能会像输电线路

传输线阻抗匹配是任何布局的关键部分。每当你路由跟踪,有几个重要的点来检查在你的董事会为了确保信号的完整性。让我们看看哪个传输线阻抗需要考虑终止。

所有你需要知道的关于输电线路阻抗

进入主题之前确定输电线路阻抗,你应该读这篇文章显示了不同的阻抗在PCB用来描述真实的输电线路。总结,我们有一些重要的价值观在传输线,其中一些简单的公式,可以用来分析:

特性阻抗:这是一个孤立的输电线路的阻抗。换句话说,这是传输线阻抗不以任何方式耦合到其他附近的输电线路,比如在一个微分。
差分阻抗:这是一对传输线的阻抗。只有等于两倍的特性阻抗在某些情况下。一般来说,它是双奇模阻抗,即价值我们关心的微分信号,因为它是用于高速PCB设计。

两种最常见的阻抗在PCB设计中使用特性阻抗和微分阻抗。这些值的公式的基本电路理论如下所示:

单端阻抗	奇模阻抗	差分阻抗

上面所示的方程被简化,它们不包括沿着输电线路损失,必须包含在一个真正的输电线路。下标“m”值是共同的价值观,这意味着他们是互电容和互感。这是一个寄生效应,是不可避免的,即使在最精心设计的董事会。这种耦合产生的偶数和奇数模式为传输线阻抗值,取决于两行是驱动的。它也会影响阻抗值使用终止(参见下一节)。

当设计一个互连有特定的输电线路阻抗,我们更担心特性阻抗,但奇模阻抗通常是更重要的在高速布局和路由。大多数设计指南只会谈论特性阻抗。事实上,正确的路线和终止输电线路,我们必须理解偶数和奇数模式阻抗,和差分阻抗在处理高速接口。

终止和阻抗匹配

这里是PCB社区不会告诉你关于输电线路及其关键长互联不运行在直流输电线路的那样。问题是输电线路阻抗失配的影响是否显著的在不同频率或不同信号上升时间。这会带来的问题当值得匹配的传输线阻抗负载。然而,传输线阻抗应该使用哪一个?

因此,设计师定义了临界长度不同的值低于你不需要阻抗匹配。作为一般规则,如果你正在与利润率微薄噪音,那么你应该总是司机之间的匹配阻抗,负载,和源,甚至在电短输电线路。用高速信号和接口,您还应该总是传输线阻抗匹配负载。正确的方法是观察传输线的输入阻抗,而不仅仅是特性阻抗。

这种所谓的临界长度是非常重要的不仅仅是决定何时阻抗匹配源和负载的输电线路。这是这是如何量化。如果你计算电压V和电流沿传输线长度ℓ,你会发现所看到的阻抗信号(模拟或数字)反射不匹配负载取决于输电线路的长度和它的电容和电感特性。这是下面的方程所示。

最后方程定义了有损传输线输入阻抗被一个信号输入线

如果传播常数是已知的可以确定,然后输入阻抗频率。然而,正如上面我们看到的,输入阻抗取决于线的长度,而不仅仅是阻抗。

长或短行

作者的一个纯粹的数学,是一个支持者的这种方法在所有情况下。首先,简单地计算γ的值和特性阻抗。接下来,在长度和γ插入上面所示的方程。阻抗值计算传输线阻抗信号认为它反映了不匹配的负载和旅行。

很长输电线路的限制(如当线长度是多波长的倍数),然后双曲正切函数最终收敛于1。在这种情况下,输入阻抗是传输线的特性阻抗:

相比之下,当输电线路相比非常小的波长(即。在足够低的频率),所看到的阻抗负载阻抗的信号将会减少旅行因为双曲正切(0)= 0。注意,这有损压缩和无损传输线同时适用于:

输入阻抗传输线

这就解释了为什么我们有一个临界长度:当传输线足够短,双曲正切(γℓ)~ 0(或棕褐色(γℓ)~ 0无损的线),然后输入信号只能看到负载阻抗。源和负载阻抗应该确保相匹配最大功率传输到负载,防止信号反射。

特殊情况无损耗传输线

对输电线路足够低(即损失。再保险(γ)= 0),上面的双曲正切函数(x)与函数必须更换jtan (x), j是虚构的常数。你会有一定的情况下,即时通讯(γ)ℓ= mπ/ 2,其中m是一个整数。在这种情况下,您将评估tan (mπ/ 2)在上面的方程。结果降低了:

传输线输入阻抗方程季度半波长的倍数

这些阻抗信号沿传输线认为它反映了回来。如果源、加载和输电线路都不匹配,还有重复反射沿着线的长度,从而导致制件的反应中看到数字信号与模拟信号或驻波。

传输线的特性阻抗和负载匹配的防止反射在负载端,和输入阻抗就是特性阻抗。在这种情况下,在负载没有反射,但你没有最高权力交接的来源是无与伦比的。如果你更进一步,特性阻抗匹配源,你现在确保最大功率传输跨线。

模拟与数字传输线

我们应该做一个关于γ的值的区别。在区分为不同类型的信号传输的影响,认为输电线路(孤立或耦合)过滤器与一些传递函数。在一个模拟信号振荡频率,γ是复杂的波数乘以有效介电常数(π除以波长的一半在跟踪)+单位长度的衰减。然而,您可能还记得从分散的讨论,介电常数和特性阻抗取决于频率。

这会影响信号以不同的方式。模拟和数字传输线路,我们需要分析输电线路在以下方式:

模拟信号:一般而言,我们只关心一个特定频率。对调制信号,我们通常只设计到载波频率。
数字信号:与数字信号,我们必须设计的特性阻抗(或差分阻抗)和终止是在非常高的极限频率决定的。感兴趣的频率通常是有限的奈奎斯特频率接收机或一些限制上升时间的确定。

为调频模拟信号传输线的特性阻抗恒定值在整个信号的频谱,只要相关的频率足够高。在低频率和振幅调制信号,这可能不是这样,和其他有关阻抗值取决于频率和驱动方式,即。,他们会有一些相关的频谱。

传输线阻抗与调制信号载波频率的担忧

与数字信号,必须记住,源和负载阻抗的频率是不一致的。的相关带宽考虑传输线阻抗匹配是脉冲重复率的范围扩展到一些非常高的频率。对于高速接收器,这通常是奈奎斯特频率。如果你担心过采样的数字信号或测量它,那么您需要使用至少0.5 /(上升时间)。只要组件的带宽是平在这个范围的频率,那么你可以考虑一个值为PCB路由设计规则和传输线阻抗匹配。

注意在响

如果有铃声在输电线路由于信号反射,它将跟踪的函数长度相对长度的信号传播在其上升时间。缓慢上升的信号,信号的传输线在信号上升到满员,信号仍将戒指即使完美的传输线阻抗匹配。然而,响的强度以不可能这么小的噪声容限相比只要传输线的阻抗谱是平信号的带宽限制。这是美丽的讨论霍华德·约翰逊博士。这就是为什么一些设计师鼓励路由跟踪与最短的长度。

在本质上,响幅度取决于线的两端之间的电压差。如果信号上升更快,跨线电压差较大,导致一个更大的铃声振幅对于一个给定的线的长度。为了弥补响,你需要改变传输线谐振频率的频率远高于膝盖同时确保阻抗匹配消除反射或者需要极度潮湿响应系列电阻器。