传输线与阻抗匹配

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,传输线与阻抗匹配,一、阻抗匹配,阻抗的定义,常见阻抗匹配的方式,二、常见传输线,单端传输线,差分传输线,微带线,带状线,传输线与阻抗匹配,阻抗定义,传输线可分为长线和短线，长线和短线是相对于波长而言的。,短线：,l/,0.05,，,集中参数电路,长线：,l/,0.05,，,分布参数电路,阻抗定义,阻抗的定义,阻抗定义：在具有电阻、电感和电容的电路里，对电流所起的阻碍作用叫做阻抗,.,当信号的边沿很陡的时候，信号本身所包含的有效频率远远高出信号工作频率，对于1ns的上升信号沿，所包含的有效频率带宽达到400M左右，而这样的信号在,传输线上,传输时，信号的传播类似于场的形式传播，而不是电压与电流,。,阻抗定义,阻抗的定义,1,、,导线流过电流时，周围会产生高频磁场，因而沿导线各点会存在串联分布电感L；,2,、,两导线间加上电压时，线间会存在高频电场，于是线间会产生并联分布电容C；,3,、,电导率有限的导线流过电流时会发热，而且高频时由于趋肤效应，电阻会加大，即,表明导线有分布电阻R；,4,、,导线间介质非理想时有漏电流，这就意味着导线间有分布电导G。,阻抗定义,图,2,阻抗计算,传输线方程是传输线理论的基本方程，是描述传输线上电压、电流变化规律及其相互关系的微分方程。,常见的阻抗匹配方式,阻抗匹配是指信号源或者传输线跟负载之间的一种合适的搭配方式。,阻抗不匹配会有什么不良后果？,在高速的设计中，阻抗的匹配与否关系到信号的质量好坏，如果不匹配，则会形成反射，能量传递不过去，降低效率；,会在传输线上形成驻波（简单的理解，就是有些地方信号强，有些地方信号弱），导致传输线的有效功率降低；,功率发射不出去，甚至会损坏发射设备。,如果是电路板上的高速信号线与负载阻抗不匹配时，会产生震荡，辐射干扰等。,常见的阻抗匹配方式,阻抗匹配方式,在高速的设计中，阻抗的匹配与否关系到信号的质量优劣。阻抗匹配的技术可以说是丰富多样，但是在具体的系统中怎样才能比较合理的应用，需要衡量多个方面的因素。下面介绍几种常见匹配方式。,串联终端匹配,并联终端匹配,戴维南终端匹配,AC,终端匹配,肖特基二极管终端匹配技术,常见的阻抗匹配方式,串联终端匹配,串联终端匹配：在信号源端阻抗低于传输线特征阻抗的条件下，在信号的源端和传输线之间串接一个电阻,R,，使源端的输出阻抗与传输线 的特征阻抗相匹配，抑制从负载端反射回来的信号发生再次反射。,图,3,串联终端匹配,常见的阻抗匹配方式,1,、,匹配电阻选择原则，Z0=RT+ZS,。,2,、,常见的COMS和TTL驱动器，其输出阻抗会随信号的电平大小变化而变,化。因此，对TTL或CMOS电路来说，不可能有十分正确的匹配电阻，只能,折中,考,虑。负,载,必须接到传输线的末端。,3,、,串联匹配是最常用的终端匹配方法。它的优点是功耗小，不会给驱动器带来,额外的直流负载，也不会在信号和地之间引入额外的阻抗，而且只需要一个电,阻元件。,4,、,常见应用：一般的 CMOS、TTL电路,、,USB信号,等电路,。,常见的阻抗匹配方式,并联,终端匹配,在信号源端阻抗很小的情况下，通过增加并联电阻使负载端输入阻抗与传,输线的特征阻,抗相匹配，达到消除负载端反射的目的。实现形式分为单电阻,和双电阻两种形式。,图,4,并联终端匹配,常见的阻抗匹配方式,1,、,并联终端匹配优点是简单易行，而易见的缺点是会带来直流损耗：单电阻方式的直流功耗与信号的占空比紧密相关；双电阻方式则无论信号是高电平还是低电平都有直流功耗，但电流比单电阻方式少一半。,2,、,电阻RT的值必须同传输线的特征阻抗Z0匹配,。,3,、,常见应用：以高速信号应用较多,（1）DDR等SSTL驱动器。采用单电阻形式,。,（2）TMDS等高速串行数据接口。采用单电阻形式，单端阻抗为 50 欧姆（差分对间为 100 欧姆）。,常见的阻抗匹配方式,戴维南终端匹配技术,戴维南终端匹配技术也叫做双终端匹配技术，它采用两个电阻,R1,和,R2,来实现终端匹配。,R1,通过从,VCC,向负载注入电流来帮助驱动器更容易到达逻辑高状态；,R2,帮助通过向地吸收电流来将驱动器下拉到逻辑低状态。当,R1,和,R2,的并联同信号线的特征阻抗,Z0,匹配时可以加强驱动器的扇出能力。,应用：SSTL/HSTL，,DDR,地址，控制命令等信号,图,5,戴维南终端匹配,常见的阻抗匹配方式,AC,终端匹配技术,AC,终端匹配技术也称之为,RC,终端匹配技术，它是由一个电阻,R,和一个,电容,C,组成的，电阻,R,和电容,C,连接在传输线的负载一端。,电阻 R 的值必须同传输线的特征阻抗 Z0 的值匹配才能消除信号的反射。,对周期性的信号有效（如时钟），不适合于非周期信号（如数据）。,常见的阻抗匹配方式,肖特基二极管终端匹配技术,肖特基二极管终端匹配技术也称之为二极管终端匹配技术，由两个肖特基二极管组成。传输线末端的信号反射，导致负载输入端上的电压升高超过,VCC,和二极管,D1,的正向偏值电压，使得该二极管正向导通连接到,VCC,上，从而将信号的过冲嵌位在,VCC,和二极管的阈值电压上。同样，连接到地上的二极管,D2,也可以将信号的下冲限制在二极管的正向偏置电压上。,常见传输线类型,传输线可分为长线和短线，长线和短线是相对于波长而言的。,短线：,l/,0.05,，,集中参数电路,长线：,l/,0.05,，,分布参数电路,常见传输线类型,一、,单端传输线,单端传输线是连接两个设备的最为常见的方法。一条导线连接了一个 设备的源和另一个设备的负载，参考（接地）层提供了信号回路。,常见传输线类型,二、,差分传输线,在差分模式中，传输线路是成对布放的，两条线路上传输的信号电压、电流值相等，但相位（极性）相反。,常见传输线类型,三、,微带线,它由一根带状导线与地平面构成，中间是电介质。如果电介质的介 电常数、线的宽度、及其与地平面的距离是可控的，则它的特性阻抗也是可控的，其精确度将在,5,之内。,微带线的特性阻抗,Z,0,为：,常见传输线类型,四、,带状线,带状线就是一条置于两层导电平面之间的电介质中间的铜带。如果线 的厚度和宽度，介质的介电常数，以及两层接地平面的 距离都是可控的，则线的特性阻抗也是可控的，且精度在,10%,之内。,理论上，带状线的特性阻抗为：,FFC,线印字端贴导电布,贴导电布处阻抗变为,75.14,欧，已低于误差范围,未贴导电布,整体阻抗为,96,欧,影响传输线信号上的好坏除了特性阻抗，还有以下,:,1,、反射系数,2,、输入阻抗,3,、传播常数,4,、传输功率,常见传输线类型,谢谢,!,