传输线与阻抗匹配.ppt
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Z0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!,
