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1、1,第7 章 传输线的物理基础,传输线概述传输线零阶模型传输线一阶模型,2,传输线概述,传输线类型传输线特性参数,3,传输线类型,双铰线同轴电缆共面线微带线嵌入式微带线带状线非对称带状线均匀传输线？平衡传输线？,导线上任何一处的横截面都相同,信号路径与返回路径完全一样,4,传输线特性参数,信号速度瞬态阻抗与特性阻抗,5,1.信号速度,信号是指传输线闭合路径上的电压（差），闭合回路中电压是电流流过阻抗时产生的，电流是电荷的流动形成的，那么电荷的流动速度是否就是信号速度？,PCB上的铜导线或任何其它导线回路,6,1.信号速度,电子在铜导线中的速度,DQ ：时间段内流过的电量，Dt ：时间段，单位为
2、sq ：一个电子所带的电量，n ：自由电子的密度，#/m3A：导线的横截面积，单位为m2V：导线中电子的速度，单位为m/s,7,1.信号速度,电子在铜导线中的速度,每个铜原子能提供两个自由电子，铜原子之间的距离为1 nm，自由电子的密度n，n 1027/m3,直径为1 mm 的导线，横截面积约为A 10-6 m2,8,1.信号速度,信号是信号路径与返回路径之间的电压差，当信号在传输线上传播时，两导线之间就会产生电压，而这个电压又使两导线之间产生电场。电流必须在信号路径和返回路径上流动，两导体之间的电流回路产生磁场。变化的电场激发磁场，变化的磁场激发电场,9,1.信号速度,信号路径与返回路径间电
3、磁场的建立速度与传播速度决定信号的速度，信号速度就是电磁波的传播速度。信号速度,e0 ：自由空间的介电常数，8.89 10-12 F/mEr：材料的相对介电常数m0 ：自由空间的导磁率，4 p 10-7 H/mmr ：材料的相对导磁率,10,1.信号速度,信号速度,经验法则：绝大多数互连线中的光速约为 12 in/ns/sqrt (4) = 6 in/ns 。电路板上互连线中信号速度约为6 in/ns。,11,1.信号速度,时延TD连线时延（每英寸长度互连线时延的 ps 数）,PD=1/v,12,1.信号速度,信号前沿的空间延伸,d 表示上升时间的空间延伸，单位为inRT 表示信号的上升时间，
4、单位为nsv 表示信号的速度，单位为in/ns,13,2.瞬态阻抗与特性阻抗,传输线上信号前沿探测到的电压与电流之比称为传输线的瞬态阻抗信号前沿的电流瞬态阻抗由信号的速度和单位长度的电容决定。均匀传输线上各处的瞬态阻抗恒定，称为特性阻抗瞬态阻抗变化时，反射发生，信号完整性受到破坏,1V,14,第7 章 传输线的物理基础,传输线概述传输线零阶模型传输线一阶模型,15,传输线零阶模型,零阶模型著明的特性阻抗传输线阻抗传输线的驱动返回路径,16,1.零阶模型,电容容量每步从脚底流出的电流,传输线零阶模型。由一系列电容组成，每走一步就使一个电容充上电，电容之间的跨度就是我们的步长。,Q ：每步的电量；
5、C ：每步的电容Dt ：从一个电容跨到另一个电容的时间；CL ：传输线单位长度的电容量；Dx ：电容间的跨度或步长；V：信号的速度；V ：信号的电压,17,1.零阶模型,瞬态阻抗特性阻抗：特性阻抗是描述由几何结构和材料决定的传输线特征的一个物理量，它等于信号沿均匀传输线传播时所受到的瞬态阻抗。,18,1.零阶模型,可控阻抗: 沿线特性阻抗是一个常量的传输线称为可控阻抗传输线。如果一块电路板上的所有互连线都是可控阻抗传输线，并且有相同的特性阻抗，就把这块电路板叫做可控阻抗电路板。双绞线、同轴线、微带线、带状线都是可控阻抗传输线。可控阻抗互连线的惟一条件就是：横截面是恒定不变的。,19,1.零阶模
6、型,特性阻抗随线宽及介质厚度的关系,线宽增加，单位长度电容就增加，相应的特性阻抗就下降；如果介质厚度增加，单位长度电容就减小，相应的特性阻抗就增大。,5miles,20,2.著明的特性阻抗,特性阻抗高，容易制造，价格低，但串扰严重。特性阻抗低，串扰小，对接插件、元件和过孔引起的时延累加不敏感，但功耗高，成本高。50是最佳特性阻抗。,一些常见的可控阻抗传输线以及它们的特性阻抗,电视天线,电视电缆,双铰线,自由空间,377W,21,3.传输线阻抗,传输线阻抗：从驱动器测量进入传输线前端的信号得到的阻抗，它随时间而变化。对于相同的传输线，根据末端的连接情况、传输线的长度和测量方法的不同，可以是短路，
7、可以是开路，也可以是开路与短路之间的任意值。,用欧姆表测量一段RG58 电缆线的输入阻抗,22,3.传输线阻抗,从传输线一端看进去的阻抗是随时间而变化的。在信号往返时间之内，所测量到的阻抗就是特性阻抗。如果等待时间足够长，测量到的阻抗将会是开路。,23,4.传输线的驱动,传输线的驱动,Vlaunched ：加到传输线上的电压Voutput ：驱动器驱动开路电路时的输出电压Rsource ：驱动器的输出源电阻Z0 = 传输线的特性阻抗,24,5.返回路径,返回电流何时返回返回电流分布参考平面非相邻平面参考平面换层,25,返回电流何时返回,把电流加到传输线的信号路径上，返回电流何时从返回路径上返回
8、？若单程1s，是否需2s才能回到源端？,26,返回电流何时返回,用零阶模型进行分析,电流在信号电压变化的地方（dV/dt 不为零），从信号路径流到返回路径上，从返回路径回到源端。,27,返回电流分布,返回路径通常是平面，电流在平面上如何分布？,在10 MHz 和100 MHz 时，微带线和带状线信号路径和返回路径中的电流分布。两种情况中，导线为1 盎司铜，线宽为5 mil。图中颜色越淡，电流密度越大,28,返回电流分布,29,参考平面非相邻平面,参考平面非相邻平面时返回电流如何走？,电流分布总是趋向于减小回路阻抗,30,参考平面非相邻平面,信号路径上的电流在悬空的中间平面的上表面感应出涡流，底平面的返回电流又在中间平面的下表面感应出涡流。这些感应的涡流在中间平面上靠近信号电流和返回电流的输入端的那一边相联通。,31,参考平面非相邻平面,从传输线看进去，驱动器在信号路径与底平面之间受到的阻抗为多少？,两平面的阻抗Z2-3 越小，信号受到的阻抗就越接近于Z1-2。,32,参考平面非相邻平面,假设h 3.5 1/0.5 = 7。,
