阻。
传输线的分布参数通常用四个一次参数和两个二次参数来表示。
四个一次参数分别是单位长度的电感L、单位长度的电容c、单位长度的电阻R和电导G。
他们主要由传输线的几何形状和绝缘介质的特性所决定,他们的数值可以用测量的方法得到,但是对结构简单的传输线可以用计算的方法得到。
表2.1列出了几种常用的传输线的一次分布参数计算公式。
表2.1几个常用的传输线一次分布参数计算公式 传输线结构 H/m(亨利/米) F/m(法拉/米) 志+108 (横截面图)皇一≮可 4h+丝1+10一7 r2ln 、d 2 7 1. I。
n 4% 山h 单线 。
Ⅻ 生 (4l专训州 3.6In2a//d 枣10舶 分布的电容、电感、电阻是传输线本身固有的参数,给定某一种传输线,这些参数的值也就确定了。
正是由于这些参数的存在,决定了传输线的一系列重要特性。
注: 1.这里的‖,为介质的相对导磁率,以=‖/‰,8,为介质的相对介电率F.=“80,胁和晶分别为介质在真空中的导磁率和介电率。
2.应用这些公式的条件是传输线的长度远远大于截面尺寸。
传输线的二次参数是特征阻抗和延迟时间。
对于均匀传输线它的分布参数各处都是~样的。
取出长度的传输线,此时可以把它看成是集总参数模型,如图2.1所示。
通过图2.1我们可以得出血长度传输线的阻抗。
6 哈尔滨工程大学硕士学位论文 Z o= 图2.1传输线血模型 出越小越接近传输线的实际情况,当觚趋于O的时候,上式中包含缸z的一项就可以略去不计。
于是上式可以改成 (2—2) (2-3) 相应的传输延迟的计算公式可以简化为 T记=J万 (2—4) 简化后的传输线模型如图2.2。
L L L £ L L 1. L 图2.2传输线 从图中可以看出,电感和电容是沿着线的长度平均分配。
他们的单位是 7H/m和F/m。
堕玺鎏王耋盔兰鎏土兰垡鲨苎 一2.3信号线看作传输线 实验和电动力学理论都可以证明,在以RF4为板材的电路板上,电信号的传播速度不到光速的一半,在工程上经典的估算值为lOcm/ns。
在高速电路板中,大多数器件的信号边沿速率为1~几个rls,有的达到几百个ps。
对于这样的器件,信号线已经不是一般意义的信号线。
如图2.3所示,一般的近似认为,当信号的延迟时间大于信号跳变时间25%的时候,信号线就要被看作是传输线。
而更为保守的规则认为,当信号的传输延迟大于1/8信号跳变时间,信号线就被看作是传输线。
—尺? —武j 图2.3源信号和反射信号在传输线上的最小延迟 以微带线为例讨论一下,究竟多长的信号线才能被认为是传输线。
对于现有的器件,T,的范围从5ns(特别是那些使用双极型工艺)到lns(新的CMO¥器件)。
根据传输线的定义,上升时间和对应的信号线的长度如表2.2所示: 表2.2对于TR/t:4,和相应的传输线长度 T,(ns) 线长(inch) 5 8.6 4 6.9 3 5.1 2 3.4 1 1.7 8 哈尔滨L程大学硕士学位论文 对于带有5ns跳变时间的旧的器件,长度小于8.6英寸的信号线就不必看成是传输线。
而对于更新的高速器件,甚至两英寸的信号线也要被视为传输线。
实际上,现在带有高速器件的电路板上所有的信号线都是传输线。
在上面的例子中,如果传输线有分布负载,那么最小传输线长度必须重新考虑。
如表2.3所示,在有分布负载时,对于TT=lns的情况,1英寸的信号线已经被看成是传输线。
表2.3对于T,/t=4,和相应的两种负载关系的传输线长度 T,(ns) 线长(inch) 集中负载 分布负载 , 5 8.6 3.6 3 5.1 2.17 2 3.4 1_4 1 1.7 O.75 在高速设计中,PCB和互连线的特性阻抗是最重要和也是最普遍的问题之一。
首先了解一下传输线的定义:传输线由两个具有一定长度的导体组成,一个导体用来发送信号,另一个用来接收信号(用“回路”的概念取代“地”的概念)。
一个多层电路板中,每一条线路都是传输线的组成部分,邻近的参考平面(电源或者地)可做为第二条线路或回路。
一条信号线能成为“性能良好”传输线的关键是让它的特性阻抗在整个线路中保持恒定,这样的信号线也称为可控阻抗线。
在PCB上,可能的信号线只有两种:带状线和微带线。
如图2.4所示,夹在两个电源/地平面之间的信号线叫做带状线。
这种技术,理论上能够提供最干净的信号,因为信号线被两个平面屏蔽起来。
而带状线被隐藏起来,想接触这条线并不容易。
信号线在外层的叫做微带,如图2.5所示。
电源/地平面在信号线的一侧。
这种技术允许很容易的接触这条线。
图2.4带状线 9 哈尔滨工程大学硕士学位论文 图2.5微带线 对于带状线来说,参数C”h,z。
,T。
的值n-INNTg蚣式计算。
弘万60 In而丽4h百万四 (2-5) T一=1.017√占,(ns/ft) (2—6) 1000 卫 C)tf/Fp(oZ盈=。
(2—7) o= 三o=Z o 2C。
(pH/ft) (2—8) 对微带线来说,参数C”k,Z。
T。
的值可以用下列公式计算。
弘考斋 8一W-I-t(Q) , 5.98 h (2—9) 1n而0 . 一, T川=1.017扣丽丙■百万(ns/ft) (2-10) Co=1000 (2—11) Tzp。
d(pF/ft) £o=Z o 2C o(pH/ft) (2-12)2.4分布负载.
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