原创 信号完整性基础-瞬态阻抗与特性阻抗图解

2017-12-23 16:08 5875 3 3 分类: 模拟

阻抗的均匀稳定,对信号的传输至关重要,所以,本文聊一聊阻抗。


  1. 瞬态阻抗

当信号在传输线上传播时,信号感受到的瞬态阻抗与单位长度电容和材料的介电常数有关,可表示为:这个公式的推导过程如

而电流的推导可以由以下式子求得:

如果PCB上线条的厚度和宽度不变,并且走线和返回平面间距离不变,那么信号感受到的瞬态阻抗就不变,传输线是均匀的。对于均匀传输线,恒定的瞬态阻抗说明了传输线的特性,称为特性阻抗


2. 特性阻抗

对于均匀传输线,当信号在上面传播时,在任何一处受到的瞬态阻抗都是相同的。在瞬态阻抗不变时,我们将其称为特性阻抗。

传输线的特性阻抗Z0定义为线上任意点的电压和电流的比值,即Z0=V/I. 由电报方程可以推导出阻抗的经典计算公式:



如果PCB上线条的厚度增大或者宽度增加,单位长度电容增加,特性阻抗就变小。同样,走线和返回平面间距离减小,电容增大,特性阻抗也减小。其中,R、L、G、C分别表示单位长度的电阻、电感、电导和电容。通常,因为R和G都比其他项要小得多而忽略不计,特征阻抗近似为


重要推导之一:50 欧姆阻抗的计算由来

由特性阻抗的公式,可以看出只要传输线的横截面和材料特性这两个参数保持不变,信号受到的瞬态阻抗就是一个常数。由于信号的的速度取决于材料特性,所以,可以得出传输线单位长度电容和瞬态阻抗的关系。例如,若介电常数为4,单位长度电容为3.3pf/in,则传输线的瞬态阻抗为,

重要推导之二:自由空间的特性阻抗


一个很重要的特性阻抗就是自由空间的特性阻抗,也叫自由空间的波阻抗,在EMC中非常重要。自由空间特性阻抗为 

重要推导之三:单位长度电容与单位长度电感

FR4板材的PCB板上, 特性阻抗传输线另一个特性是:

单位长度电容=3.3pF/in

单位长度电感=8.3nH/i

解这些特殊的特性阻抗,对于设计电路板有重要的参考意义,能让我们在制作电路前有个直觉的认识。

文章评论3条评论)

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启芯 2018-3-10 17:22

238112554_qq: 不错!这两天在啃信号完整性,谢谢了
如果有些帮助,字就没白码了

启芯 2018-3-10 17:21

suntju_305781694: <p>        总听7所得同事说起你</p><p>        &nbsp;</p>
    

238112554_qq 2018-1-30 11:15

不错!这两天在啃信号完整性,谢谢了

suntju_305781694 2014-11-25 23:17

总听7所得同事说起你

 

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