三. 传输线阻抗 先来澄清几个概念,经常会看到阻抗,特性阻抗,瞬时阻抗,严格来讲,他们是有区别的,但是万变不离其宗,它们仍然是阻抗的基本定义. 将传输线始端的输入阻抗简称为阻抗 将信号随时遇到的及时阻抗称为瞬时阻抗 如果传输线具有恒定不变的瞬时阻抗,就称之为传输线的特性阻抗 特性阻抗描述了信号沿传输线传播时所受到的瞬态阻抗,这是影响传输线电路中信号完整性的一个主要因素 如果没有特殊说明,一般用特性阻抗来统称传输线阻抗 简单的来说,传输线阻抗可以用上面的公式来说明,但如果往深里说,我们就要分析信号在传输线中的行为,Eric Bogatin 博士在他的著作《Signal Integrity :Simplified》里面有很详细的说明,读者可以找原著来进行细究,这里只做一个简述: *以下分析收自与网络资料 网际星空网站 oldfriend 老师的作品* 当讯号沿着一条具有同样横截面的传输线移动时,假定把1V的阶梯波(step function)加到这条传输线中(如把1V的电池连接到传输线的发送端,电压跨在发送线和回路之间),一旦连接,这个电压阶梯波沿着该线以光速传播,它的速度通常约为6英寸/ns。这个信号是发送线路和回路之间的电压差,它可以从发送线路的任何一点和回路的相临点来衡量。
就是一种恒定电流。流入回路的负电流实际上与流出的正电流相等,而且正好在信号波的前端,交流电流藉由上、下线路组成的电容,结束整个循环过程。
讯号传递时,会在传输线内建立一个电场,而这讯号传递的速度取决于在讯号与回路周围金属材质的电荷充放电与磁场生成速度。 对电池来说,当信号沿着传输线传播,并且每隔0.01ns对连续0.06英寸传输线段进行充电。从电源获得恒定的电流时,传输线看起来像一个阻抗器,并且它的阻抗值恒定,这可称为传输线路的浪涌阻抗(surge impedance)。同样地,当信号沿着线路传播时,在下一步之前(0.01ns之内),把这一步的电压提高到1V所需供应的能量(电流),这就涉及到瞬时阻的概念。 如果信号以稳定的速度沿着传输线传播,并且传输线具有相同的横截面,那么在0.01ns中每前进一步需要相同的电荷量,以产生相同的信号电压。此时,信号着这条线前进时,会遭遇同样的瞬时阻抗,这被视为传输线的一种特性,被称为特性阻抗。如果信号在传递过程的每一步的特性阻抗相同,那么该传输线可认为是可控阻抗(controlled impedance)传输线。 瞬时阻抗或特性阻抗,对信号传递质量而言非常重要。在传递过程中,如果下一步的阻抗和上一步的阻抗相等,工作可顺利进行,但若阻抗发生变化(阻抗不匹配),那会出现一些问题。为了达到最佳信号质量,设计目标是在信号传递过程中尽量保持阻抗稳定,首先必须保持传输线特性阻抗的稳定,因此,可控阻抗板的生产变得越来越重要。另外,其它的方法,如余线(stub)长度最短化、末端去除和整线使用,也用来保持信号传递中瞬时阻抗的稳定。
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