最新ch23讲解教学讲义ppt课件.ppt

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1、ch23讲解第二章传输线理论及其应用2-1典型的分布参数系统—传输线2-2传输线的物理模型和电报方程2-3无损耗传输线方程解的物理意义2-4信号在传输上线上多次反射过程2-5趋肤效应2-6实际传输线举例2-7传输线端接方法2-8实际应用的一些特殊情况2021/8/322-6实际传输线举例同轴电缆中间的黑色圆心是内导体，一般由单芯或多芯铜线构成，黑色外圈是外导体，由铜丝网组成，两导体中间是介质材料。实际的同轴电缆，其外层导体的外边还有一层绝缘橡胶，主要起保护作用，对同轴电缆的电特性影响不大。同轴电缆是使用非常广泛的一种传

2、输线，最常见的是单芯同轴电缆，它的结构如下图所示，图中给出的是其横截面结构示意图。单芯同轴电缆实际上是一种双导体线。单芯同轴电缆的横截面结构示意图介质外导体内导体频率响应好，适合于高频信号传输。制作均匀，特性阻抗一致性好。铜丝网构成的外导体通常使用时都接地，因而具有良好的电磁屏蔽，能够消除外界电磁干扰和信号串扰。同轴电缆是性能优良的传输线，其主要优点是：2021/8/33双绞线（TwistedPair）考虑到同轴电缆的成本、体积和重量，当频率响应要求不是特别高时，人们往往采用双绞线来代替同轴电缆。双绞线的结构如

3、上图所示，它是由两股相互绞在一起的绝缘导线组成。一般是用一些标准的线（AWG24-28）,每英尺绞30圈构成，大约为每厘米一圈。（a）双绞线的横截面（b）双绞线示意图双绞线的特点是具有相对好的频率响应和很强的抗干扰能力，这是因为双绞线的使用一般是与差分电路相结合。不同种类的差分电路均有一些驱动器和接收器，如：ECL10K的MC10109，MC10115和MC10116等。双绞线与差分电路的结合，充分利用了差分电路对共模信号的抑制能力，将双绞线上的串扰、外界干扰和噪声都作为共模信号剔除出去，从而保证了双绞线上所传输信号的

4、质量。MECL10K和MECL10KH系列的ECL差分线接收器电路，正向的共模抑制能力达1V，而负向的共模抑制能力则可达3V（ECL采用负电源供电）。ds导体导体介质双绞线的频率响应虽然不如同轴电缆好，但它的价格却低廉的多。这正是双绞线被广泛应用的第二个重要的原因。2021/8/37带屏蔽的双绞线多组双绞线总屏蔽2021/8/38双绞线的特性阻抗（两线之间的阻抗）式（2-6-4）双绞线的特性阻抗可以由下式计算：式中：S是两个铜导体中心之间的距离，d是铜线的直径。s/d=3s/d=1.5s/d=2决定ZC的两个因素

5、：介电常数r导线直径与线间距的比值:S/dds导体导体介质2021/8/39双绞线的单位延迟时间计算公式与同轴电缆的相同，可以由式（2-6-2）计算。对于上述的每英尺30圈的标准双绞线，其特性阻抗为110。单位延迟时间约为td4.4ns/m。ds导体导体介质双绞线的延迟时间2021/8/310PCB板微带线（Microstrip)微带线的结构如下图所示。其底部是地面层，中间是介质层，最上面是信号连线。信号连线的宽度为w,高度为t，也就是常说的覆铜的厚度，介质层厚为h。当连线的宽/高比在0.1—2.0之间，

6、介质常数在1--15之间时，用上式计算特性阻抗，误差为±5%。另外，为了减少电场的影响，使用上式时，应注意地面层的宽度应远大于连线的宽度，至少要比连线的各边沿处都宽出一个连线的宽度。特性阻抗微带线的特性阻抗可以由下式计算：式（2-6-5）微带线的横截面twh2021/8/311特性阻抗讨论上图给出了在几个不同的介质层厚度条件下，特性阻抗ZC与线宽W的关系曲线，由图可以看出，连线越宽，特性阻抗越小；并且介质层越厚，特性阻抗越大。线宽式（2-6-6）微带线特性阻抗与线宽的关系介质厚度覆铜厚度2021/8/312特性阻抗讨

7、论右边的图给出了连线的分布电容分别与线宽和特性阻抗的关系曲线。同样从图中的曲线可以看出，连线越宽，分布电容越大，而介质层越厚，分布电容则越小。分布电容与线宽和介质层厚度的关系w特性阻抗与分布电容的关系Z0注意：右下图中的曲线表明特性阻抗则随分布电容反变化，这正与公式相吻合。2021/8/313微带线的单位延迟时间式（2-6-7）微带线的单位延迟时间可以由下式计算：右图给出了传输延迟（td）与介质常数er的关系曲线。对于常用的FR4,其介质常数约等于4.8，所以单位延迟时间为：td=1.77ns/ft，大约为：td=5

8、.9ns/m。传输延迟与介质常数的关系曲线注意：这里单位延迟时间也只与介质常数相关，与微带线的宽度和厚度无关。2021/8/314PCB板带状线（StripLine)下图给出了一个带状线的结构示意图。同双层电路板连线类似，多层带状线的线宽和厚度分别由w和t表示，上下两层地面层（或电源层）之间的介质厚度由b表示，带状线的结构示意图