分享

除了带状线、微带线,还有“共面波导”

 李清龙1023 2024-03-25 发布于安徽
本文内容主要整理自《信号完整性》公众号。

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:

图片

微带线:是指只有一个参考平面的传输线。

图片

带状线:是指具有两个参考平面的传输线。

图片

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。

图片

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。

图片

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。

图片

 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。

图片

 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。

图片

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:

图片

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:

图片

传输线还包括如下图所示各式各样的高速线缆:

图片

传输线的等效电路模型如下图所示:

图片

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:

图片

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:

图片

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:

图片

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。

图片

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。

图片

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。

【1】兴趣驱动热爱

【2】硬件工程师要不要自己画PCB

【3】PCB走线应该走多长

【4】PCB走线应该走多宽?

【5】PCB的内电层

【6】过孔

【7】PCB能不能走锐角和直角?

【8】死铜是否要保留?(PCB孤岛)

【9】焊盘上是否可以打过孔

【10】PCB材料、FR4到底是指什么材料?

【11】阻焊层,绿油为什么多是绿色

【12】钢网

【13】预布局

【14】PCB布局、布线 的要领

【15】跨分割走线

【16】信号的反射

【17】脏信号

【18】沉金、镀金、喷锡等表面处理工艺

【19】线距

【20】电容的摆放位置

【21】串扰

【22】PCB的飞针测试

【23】FPC概述及仿真

【24】为什么PCB变形弯曲?如何解决?

【25】一文搞懂“特征阻抗”

【26】PCB的叠层设计

【27】高速电路PCB回流路径

【28】PCB设计中电源处理与平面分割

【29】锯齿形的PCB走线——Tabbed routing

【30】PCB的介质损耗角是什么“∠”

【31】PCB铜箔粗糙度对高速信号的影响

【32】晶振为什么不能放置在PCB边缘?

【33】什么是高速信号?

【34】什么是传输线

【35】预加重、去加重和均衡

【36】如何利用PCB散热

【37】PCB设计中的“stub”

【38】纠结:走线之间的GND保护地线要还是不要?

【39】PCB 覆铜

【40】进行 PCB 设计时应该遵循的规则

【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

    本站是提供个人知识管理的网络存储空间,所有内容均由用户发布,不代表本站观点。请注意甄别内容中的联系方式、诱导购买等信息,谨防诈骗。如发现有害或侵权内容,请点击一键举报。
    转藏 分享 献花(0

    0条评论

    发表

    请遵守用户 评论公约

    类似文章 更多