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PCB设计中关于反射的那些事儿(2)——集总的世界

上网日期: 2014年12月30日 ?? 作者: 陈德恒 ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:电磁波? 阻抗? 反射? 集总参数?

大家知道,信号是以电磁波的形式传递的。

波从一个介质入射到另一个介质时,会产生反射。同样的,当我们信号传输遇见阻抗不连续时,信号会产生反射。(关注技术自媒体微信公众号:一博_看得懂的高速设计)


反射能量的强度跟阻抗比匹配的程度相关。在开路短路这种极端情况下,反射的幅值会和入射的幅值相等。

由于反射的存在,即使我们的设计中通常不会出现前面例子中分叉之后再接到接收端的情况,还是会有大量相位不相等的谐波在我们传输线中传输。

这些能量就会相互产生干扰,受干扰的程度跟反射的幅值和两个能量之间的相位差有关。

从前面的例子中我们可以看到,当两个信号的相位差不到λ/20时,叠加后的影响是微乎其微的。

大家通常将λ/20作为一个界限,当传输线长度小于λ/20时,我们用集总参数来考虑我们的电路。

我们一直在说λ,那λ是什么?如果大家每次都想着λ=v*T=v/f的话,理解一些理论的时候肯定很绕,没法有个直观的反应。在这里大家需要再建立起一个概念,我们通常看到的波形是一个电压/时间的坐标轴,当我们把X轴的时间换成长度,在普通的FR4板材上,我们看到的大致是一个这样的图像:


我们要在一条传输线上完成一个1GHz的正弦波,这条传输线大概需要6000mil。所以很多时候我们以为我们传输线上的波形是这样子的:


但其实我们传输线上实际的波形可能是这样子的:


或者是这样子的:


可以看到其实他们的dv/dX是非常小的,这里用dX不用dt是因为传输线的总电容/电感是跟X有关的。

我们都知道地球是圆的,可是身处我们的位置去看的话地球就是平的。同样的,在集总参数中,由于在线路上的电压电流变化速度很慢,我们可以将它当做是直流,在这时,传输线的容抗与感抗都没有表现出来,这时传输线是透明的:


接收端接收到的就是发送端发出的信号,下面是传输线10Ω与传输线100Ω的对比:



为什么以前的板子不需要控阻抗,为什么现在的一些模拟信号也是不需要控阻抗的,原因就在这里。

通常我们1GHz的正弦波的λ/20在300mil左右,10MHz的正弦波的λ/20则有30000mil。

传输线是透明的,接收端接收到的波形与传输的路径没有关系,这就是集总的世界。

下一页:一些经验公式


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