传输线是一个非常基础的概念,只要是做电子产品的工程师,不管是做数字产品还是微波射频产品,每天都会接触到传输线。 我们把能引导电磁波传递的装置叫做传输线。所以传输线的类型非常多,如下图所示: 微带线:是指只有一个参考平面的传输线。 带状线:是指具有两个参考平面的传输线。 共面波导:是指在介质平面上,在导线的两边都由导体包围的传输线。在介质基片的一个面上制作出中心导体带,并在紧邻中心导体带的两侧制作出导体平面,这样就构成了共面波导,又叫共面微带传输线。 常见的传输线有双导体传输线、金属波导以及介质传输线。对于传统的数字电路的工程师而言,大家遇到的大多数是属于双导体传输线,比如微带线、带状线、共面波导线。之所以叫双导体,我们可以从这些传输线的结构看出来,既包含了传输的信号线导体,也包含了参考线导体(或地)以及介质。 共面波导阻抗计算 有部分PCB板厚较厚,层数较少,利用上述方法没有办法计算出阻抗线的具体参数,这个时候就要考虑共面波导模型,这种模型是信号线参考其旁边的地线做阻抗,一般在双面板的场合用的比较多。 (1)单端50欧姆,选用Coated Coplanar Strips With Ground 1B模型,其阻抗计算方法如图所示,计算结构为阻抗线宽14mil,阻抗线到地线的距离4mil,地线的宽度为20mil。 50欧姆共面波导阻抗模型计算 (2)差分100欧姆,选用 Diff Coated Coplanar Strips With Ground 1B,其阻抗计算方法如图所示,计算结果为100欧姆差分线宽线距为6/5mil,差分线到地线的距离为7mil,地线线宽为20mil。 100欧姆差分共面波导阻抗模型计算 (3)共面波导阻抗计算参数说明: 1.H1是阻抗线到最近参考层的介质厚度; 2.G1和G2是伴随地的宽度,一般是越大越好; 3.D1是到伴随地之间的间距。 当我们有时微带线接入焊盘,不得不面对特征阻抗不连续,即使用隔层参考也无法满足阻抗要求时,可以利用构建“共面波导”实现目标特征阻抗。 实际PCB中的传输线如下图所示: 连接器中也包含各类传输线的结构,如下图所示红色高亮部分为一款SAS连接器中的传输线结构: 传输线还包括如下图所示各式各样的高速线缆: 传输线的等效电路模型如下图所示: 从电路上可以看到,传输线的模型中包含了等效电阻、等效电容、等效电感以及电导。 传输线又分为有损传输线和无损传输线(理想传输线),在日常工程中的传输线全部都是有损传输线。无损传输线仅用于简化一些复杂问题的分析过程,实际是不存在的。理想传输线的电路模型如下图所示: 从理想传输线模型可以看出来,理想传输线只与电感和电容有关系。同样,在使用理想传输线只需要考虑阻抗和延时,如下图所示: 在日常工作中,经常会分析传输线的阻抗、插入损耗、回波损耗、相位、反射系数等等,如果是多传输线系统,还会涉及到串扰、模式转换等等。 理想传输线的阻抗公式可以用如下表达式表示: Z:传输线阻抗 L:传输线单位电感 C:电容 在工程应用中,可以利用此公式快速地判断问题如何变化。 有损传输线特性就与很多因素有关系,比如其阻抗与传输线的物理结构和材料有关系,如线宽、导体厚度、传输线到参考层的距离、介电参数等等。 与传输线损耗有关的因素就更多了,如果是插入损耗,与之有关的因素包括线宽、线长、导体厚度、传输线到参考层的距离介质损耗角等因素。 在高速电路中系统中,不管是什么样的传输线结构,都希望传输路径是均匀的,且阻抗、损耗、串扰等指标要满足其系统的要求。 【23】FPC概述及仿真 【35】预加重、去加重和均衡 【37】PCB设计中的“stub” 【41】PCB叠层设计中的“假八层” 硬十已出版书籍 《DCDC电源篇》正在走出版流程,预计5月份发售,敬请期待 |
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来自: 李清龙1023 > 《PCB及PCBLyout》