傳輸線與阻抗匹配1整理課件一、阻抗匹配阻抗的定義常見阻抗匹配的方式二、常見傳輸線單端傳輸線差分傳輸線微帶線帶狀線傳輸線與阻抗匹配2整理課件

阻抗定義傳輸線可分為長線和短線，長線和短線是相對于波長而言的。短線：l/<0.05，集中參數(shù)電路長線：l/0.05，分布參數(shù)電路

3整理課件阻抗定義阻抗的定義

阻抗定義：在具有電阻、電感和電容的電路里，對電流所起的阻礙作用叫做阻抗.當(dāng)信號的邊沿很陡的時(shí)候，信號本身所包含的有效頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出信號工作頻率，對于1ns的上升信號沿，所包含的有效頻率帶寬達(dá)到400M左右，而這樣的信號在傳輸線上傳輸時(shí)，信號的傳播類似于場的形式傳播，而不是電壓與電流。

4整理課件阻抗定義阻抗的定義

1、導(dǎo)線流過電流時(shí)，周圍會產(chǎn)生高頻磁場，因而沿導(dǎo)線各點(diǎn)會存在串聯(lián)分布電感L；2、兩導(dǎo)線間加上電壓時(shí)，線間會存在高頻電場，于是線間會產(chǎn)生并聯(lián)分布電容C；3、電導(dǎo)率有限的導(dǎo)線流過電流時(shí)會發(fā)熱，而且高頻時(shí)由于趨膚效應(yīng)，電阻會加大，即表明導(dǎo)線有分布電阻R；4、導(dǎo)線間介質(zhì)非理想時(shí)有漏電流，這就意味著導(dǎo)線間有分布電導(dǎo)G。5整理課件阻抗定義

圖2阻抗計(jì)算

傳輸線方程是傳輸線理論的基本方程，是描述傳輸線上電壓、電流變化規(guī)律及其相互關(guān)系的微分方程。6整理課件常見的阻抗匹配方式阻抗匹配是指信號源或者傳輸線跟負(fù)載之間的一種合適的搭配方式。阻抗不匹配會有什么不良后果？在高速的設(shè)計(jì)中，阻抗的匹配與否關(guān)系到信號的質(zhì)量好壞，如果不匹配，則會形成反射，能量傳遞不過去，降低效率；會在傳輸線上形成駐波（簡單的理解，就是有些地方信號強(qiáng)，有些地方信號弱），導(dǎo)致傳輸線的有效功率降低；功率發(fā)射不出去，甚至?xí)p壞發(fā)射設(shè)備。如果是電路板上的高速信號線與負(fù)載阻抗不匹配時(shí)，會產(chǎn)生震蕩，輻射干擾等。

7整理課件常見的阻抗匹配方式阻抗匹配方式在高速的設(shè)計(jì)中，阻抗的匹配與否關(guān)系到信號的質(zhì)量優(yōu)劣。阻抗匹配的技術(shù)可以說是豐富多樣，但是在具體的系統(tǒng)中怎樣才能比較合理的應(yīng)用，需要衡量多個(gè)方面的因素。下面介紹幾種常見匹配方式。串聯(lián)終端匹配并聯(lián)終端匹配戴維南終端匹配AC終端匹配肖特基二極管終端匹配技術(shù)

8整理課件常見的阻抗匹配方式串聯(lián)終端匹配

串聯(lián)終端匹配：在信號源端阻抗低于傳輸線特征阻抗的條件下，在信號的源端和傳輸線之間串接一個(gè)電阻R，使源端的輸出阻抗與傳輸線的特征阻抗相匹配，抑制從負(fù)載端反射回來的信號發(fā)生再次反射。

圖3串聯(lián)終端匹配9整理課件常見的阻抗匹配方式1、匹配電阻選擇原則，Z0=RT+ZS。2、常見的COMS和TTL驅(qū)動(dòng)器，其輸出阻抗會隨信號的電平大小變化而變化。因此，對TTL或CMOS電路來說，不可能有十分正確的匹配電阻，只能折中考慮。負(fù)載必須接到傳輸線的末端。3、串聯(lián)匹配是最常用的終端匹配方法。它的優(yōu)點(diǎn)是功耗小，不會給驅(qū)動(dòng)器帶來額外的直流負(fù)載，也不會在信號和地之間引入額外的阻抗，而且只需要一個(gè)電阻元件。4、常見應(yīng)用：一般的CMOS、TTL電路、USB信號等電路。

10整理課件常見的阻抗匹配方式并聯(lián)終端匹配

在信號源端阻抗很小的情況下，通過增加并聯(lián)電阻使負(fù)載端輸入阻抗與傳輸線的特征阻抗相匹配，達(dá)到消除負(fù)載端反射的目的。實(shí)現(xiàn)形式分為單電阻和雙電阻兩種形式。

圖4并聯(lián)終端匹配11整理課件常見的阻抗匹配方式1、并聯(lián)終端匹配優(yōu)點(diǎn)是簡單易行，而易見的缺點(diǎn)是會帶來直流損耗：單電阻方式的直流功耗與信號的占空比緊密相關(guān)；雙電阻方式則無論信號是高電平還是低電平都有直流功耗，但電流比單電阻方式少一半。2、電阻RT的值必須同傳輸線的特征阻抗Z0匹配。3、常見應(yīng)用：以高速信號應(yīng)用較多（1）DDR等SSTL驅(qū)動(dòng)器。采用單電阻形式。（2）TMDS等高速串行數(shù)據(jù)接口。采用單電阻形式，單端阻抗為50歐姆（差分對間為100歐姆）。

12整理課件常見的阻抗匹配方式戴維南終端匹配技術(shù)

戴維南終端匹配技術(shù)也叫做雙終端匹配技術(shù)，它采用兩個(gè)電阻R1和R2來實(shí)現(xiàn)終端匹配。R1通過從VCC向負(fù)載注入電流來幫助驅(qū)動(dòng)器更容易到達(dá)邏輯高狀態(tài)；R2幫助通過向地吸收電流來將驅(qū)動(dòng)器下拉到邏輯低狀態(tài)。當(dāng)R1和R2的并聯(lián)同信號線的特征阻抗Z0匹配時(shí)可以加強(qiáng)驅(qū)動(dòng)器的扇出能力。應(yīng)用：SSTL/HSTL，DDR地址，控制命令等信號

圖5戴維南終端匹配13整理課件常見的阻抗匹配方式AC終端匹配技術(shù)

AC終端匹配技術(shù)也稱之為RC終端匹配技術(shù)，它是由一個(gè)電阻R和一個(gè)電容C組成的，電阻R和電容C連接在傳輸線的負(fù)載一端。電阻R的值必須同傳輸線的特征阻抗Z0的值匹配才能消除信號的反射。對周期性的信號有效（如時(shí)鐘），不適合于非周期信號（如數(shù)據(jù)）。

14整理課件常見的阻抗匹配方式肖特基二極管終端匹配技術(shù)

肖特基二極管終端匹配技術(shù)也稱之為二極管終端匹配技術(shù)，由兩個(gè)肖特基二極管組成。傳輸線末端的信號反射，導(dǎo)致負(fù)載輸入端上的電壓升高超過VCC和二極管D1的正向偏值電壓，使得該二極管正向?qū)ㄟB接到VCC上，從而將信號的過沖嵌位在VCC和二極管的閾值電壓上。同樣，連接到地上的二極管D2也可以將信號的下沖限制在二極管的正向偏置電壓上。

15整理課件

常見傳輸線類型傳輸線可分為長線和短線，長線和短線是相對于波長而言的。短線：l/<0.05，集中參數(shù)電路長線：l/0.05，分布參數(shù)電路

16整理課件

常見傳輸線類型

一、單端傳輸線單端傳輸線是連接兩個(gè)設(shè)備的最為常見的方法。一條導(dǎo)線連接了一個(gè)設(shè)備的源和另一個(gè)設(shè)備的負(fù)載，參考（接地）層提供了信號回路。17整理課件

常見傳輸線類型

二、差分傳輸線在差分模式中，傳輸線路是成對布放的，兩條線路上傳輸?shù)男盘栯妷?、電流值相等，但相位（極性）相反。18整理課件

常見傳輸線類型

三、微帶線

它由一根帶狀導(dǎo)線與地平面構(gòu)成，中間是電介質(zhì)。如果電介質(zhì)的介電常數(shù)、線的寬度、及其與地平面的距離是可控的，則它的特性阻抗也是可控的，其精確度將在5％之內(nèi)。微帶線的特性阻抗Z0為：19整理課件

常見傳輸線類型

四、帶狀線

帶狀線就是一條置于兩層導(dǎo)電平面之間的電介質(zhì)中間的銅帶。如果線的厚度和寬度，介質(zhì)的介電常數(shù)，以及兩層接地平面的距離都是可控的，則線的特性阻抗也是可控的，且精度在10%之內(nèi)。理論上，帶狀線的特性阻抗為：20整理課件FF