传输线的阻抗

传输线的阻抗

连接在传输线前面开始端的电池感受到的阻抗是多少?
信号在传输线上传播时,从电池流到导线上的电流就是信号的电流,所以只要信号在在传输线上传播,电池受到的阻抗与传输线的瞬态阻抗就是相同的,即流入传输线的电流值与其电压值成正比,也就是欧姆定律。

对于施加的恒定电压,如果流过电路元件的电流是常数,那么这个元件就是理想的电阻,从电池的角度看,当电池两端加在传输线前端,并且信号在传输线上传播时,传输线上的电流是恒定的,对电池来说,传输线就像电阻一样,所以从电池的角度看,只要信号在传输线上传播时,传输线的阻抗就是一个恒定的电阻,电池无法识别它的负载到底是传输线还是纯电阻,至少当信号在传输线上传播和返回时这种情况是确定的,
注意:互联线(比如pcb走线)的特性阻抗的概念与传输线(比如rf同轴线)的阻抗是两个概念,虽然有相似性,但需要区别对待,

当我们 说到同轴电缆线的阻抗时,它到底是什么意思呢?例如RG58电缆是50欧姆阻抗的电缆线,它的真正含义是什么呢?我们取一小段RG58电缆线10cm,并且在前端测量信号路径与返回路径之间的阻抗,那么测到的阻抗是多少?我们可以使用万用表的欧姆档来测量,没错这个测量方法是正确的,那么测量的结果是多少呢?当然是无穷大,为什么不是50欧姆,50欧姆的阻抗到底是什么鬼?
为了得到这个结果,我们假设有一根足够长的电缆线,其长度可以从地球到月球,信号沿着电缆线从地球传播到月球需要2s,返回需要2s,当我们把万用表的表笔点到电缆的前端两点时,就是给前端施加了一个固定的电压,信号受到的阻抗就是电压与电流的比值,
倘若在信号的往返时间4s内测量阻抗,则与驱动一条传输线的情况是完全一致的,在前4s内,信号在传输线上传播并返回,这时传输线上的电流是一个常量,其大小等于信号在传输线上传播时信号给连续每小段电缆充电的电流,
电源受到的阻抗与信号受到的瞬态阻抗,即特性阻抗相等,事实上,在信号返回结束前即前4s内,信号源并不知道传输线有终点,在这种情况下,万用表欧姆档前4s的读数就是传输线的特性阻抗,50欧姆。
信号的往返时间与材料的介电常数和传输线的长度有关,大多数驱动器的上升时间都在亚纳秒级,所以只要互联线的长度大约十几厘米,就可以认为是长线,在跳变过程中,互联线对驱动器来说就表现为阻性负载,这就是必须考虑所以互联线的传输线性能的重要原因之一,

注意:在高速系统中,对驱动器来说,长度大于十几厘米的互连线并不表现为开路,而是在信号跳变期间它表现为一个纯电阻,当互连线是足够长而显示出传输线性能时,驱动器受到的电阻可能会随时间而变化,这一特性将严重影响互连线上传播的信号性能。

有了这个准则,高速数字系统中的所有互连线都表现为传输线,这些特性将主导信号完整性的效应,对于电路板的10厘米长的传输线来说,往返时间约为1ns,如果驱动这条线的芯片的上升时间小于1ns,那么从传输线前端看进去,驱动器受到的阻抗就是传输线的特性阻抗,即驱动器芯片受到的阻抗表现为电阻,如果上升时间远大于1ns,传输线的阻抗将是开路,而且在信号跳变期间,由于信号前沿来回反弹,驱动器受到的阻抗非常复杂,通常需要使用仿真工具来分析,

往返时间是传输线的一个重要参数,对于驱动器来说,在这段时间内导线表现为为电阻,在三种不同介电常数:空气 =1;FR4=4;陶瓷=10,的介质中,介电常数越大,返回时间和传播时间越长,对于任何一个信号,在传播时间和返回时间内,信号受到的阻抗都是一个纯电阻,也就是该传输线的阻抗。

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