传输线与端接

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1、传输线理论与端接主板设计处XXX2010.06.09内容提要何为传输线？为何使用传输线？传输线的结构模型传输线与反射传输线的端接何为传输线简单地说，传输线是由两条有一定长度的导线组成的传输电磁能量和信号的线路传输线包括：TEM波传输线、波导传输线和表面波传输线何为传输线TwistPair双绞线Coax同轴线Coplanar共面线Microstrip微带线Stripline带状线EmbeddedMicrostrip嵌入微带线AsymmetricStripline非对称带状线以上皆为均匀传输线，即导线上任何一处的横截面都相同，也称可控阻抗传输线如果两条导线

2、的间距是变化的而不恒定，如DIP或QFP封装的一对引脚，那么就是非均匀传输线何为传输线平衡传输线：非平衡传输线：两导线的相似程度双绞线、共面线同轴线、微带线无论传输线是均匀的还是非均匀的，平衡的或不平衡的，它只有一个作用：在可接受的失真度下，把信号从一端传输到另一端何为传输线研究传输线的方法“场”的分析方法：从麦氏方程组出发，解特定边界条件下的电磁场波动方程，求得场量（E和H）随时间和空间的变化规律，由此来分析电磁波的传输特性“路”的分析方法：将传输线作为分布参数来处理，得到传输线的等效电路，然后由等效电路根据基尔霍夫定律导出传输线方程，再解传输线方程

3、，求得线上电压和电流随时间和空间的变化规律，最后由此规律分析电压和电流的传输特性，又称长线理论为何使用传输线普通点对点布线的缺点1.点对点布线存在大的电感，该电感与一个大电容一起工作时，会形成一个高Q值的电路，这样可能会引起振铃2.普通导线：电流从一个逻辑驱动器的信号线流出，然后以某种方式沿电源线返回，这两个路径的距离（环路总面积）……EMI传输线：信号返回电流紧贴着信号的输出路径，由此实现电流环路面积非常小，由输出和返回电流路径产生的磁场相互抵消，极大减少EMI问题3.另外，大量点对点的布线方式的串扰问题也相当严重传输线的结构模型传输线的瞬态阻抗——

4、传输线的零阶模型传输线等效电气模型——传输线的一阶模型有损传输线——传输线的二阶模型☆趋肤效应☆介质损耗传输线的零阶模型☞当信号在传输线中传播时，电场就随之建立了，信号的速度取决于其在信号路径与返回路径周围材料中的交变电场和磁场的建立速度和传播速度☞传输线的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，电容之间的跨度为步长☞其中，v信号的速度，V信号的电压瞬态阻抗☞其中，CL为单位长度电容，er为材料的介电常数传输线的零阶模型特性阻抗：若传输线任何一处的瞬态阻抗都相同，则称它为传输线的特性阻抗，特性阻抗在数值上与瞬态阻抗相等，是传输线的固有属性

5、，仅与材料特性、介电常数和单位长度的电容量有关常用特性阻抗不同特性阻抗线之间的比较传输线的一阶模型零阶模型物理模型，而非等效电气模型，没有考虑到每一小节的回路电感一阶模型☞运用网络理论，根据传输线的线参数和总长度，可以计算出传输线的特性阻抗和时延：传输线的一阶模型☞结合传输线的零阶模型，可以得到以下重要的关系式：☞从特性阻抗和速度的关系，可得到以下关系式：☞从传输线的时延和特性阻抗，可以得出下面关系式：传输线的一阶模型特性阻抗的近似计算：①经验法则②近似法③二维场求解器☞由经验，FR4板上50Ω微带线的线宽等于介质厚度的2倍，而50Ω的带状线，其两平面

6、间的总介质厚度等于线宽的两倍只有3种类型的横截面有精确的公式，其它均为近似①②③传输线的一阶模型近似法：对于微带线，IPC推荐的通用近似公式：对于带状线，IPC推荐的通用近似公式：二维场求解器：将导体的几何结构作为边界条件，对拉普拉斯方程和其中一个麦克斯韦方程进行求解，在求解过程中把导体上电压设为1V，并对空间各处的电场求解，然后从电场中计算出导体上的电荷求解特性阻抗时，要求传输线具有均匀的几何结构，此时二维场求解器为精确计算传输线特性阻抗最合适的工具传输线的二阶模型传输线中的损耗：1.辐射损耗2.耦合到邻近的线条上3.阻抗不匹配4.导线损耗5.介质损

7、耗信号沿实际有损传输线传播时，高频分量幅度减小而低频分量的幅度保持不变，由于这种选择性衰落，信号带宽降低，而产生上升边退化传输线的一阶近似模型是n节LC模型，通常称为无损耗模型，它考虑了传输线的两个重要特性：特性阻抗和时延，但没有考虑信号传播时的电压损耗传输线的二阶模型损耗源：导线电阻和趋肤效应趋肤效应：低频时，电流在导体内部分布密度是均匀的，但在高频时，导体表面的电流密度会变大，而中心区域几乎没有电流流过10MHz时，约50ohm的铜导线电流分布情况，由Ansoft二维仿真器得出，颜色越淡电流密度越高趋肤效应的机理：电流的分布取决于电流总是寻求最小阻

8、抗的路径，即更高频率时，回路电感最低的路径，这转化为两种趋势-1.导线中的电流尽可能伸展开来使