電流永遠(yuǎn)都是一個(gè)回路。

信號(hào)頻率： 如果傳輸線上傳輸?shù)男盘?hào)是低頻信號(hào)，假設(shè)是1KHz，那么信號(hào)的波長(zhǎng)就是300公里(假設(shè)信號(hào)速度為光速)，即使傳輸線的長(zhǎng)度有1米長(zhǎng)，相對(duì)于信號(hào)來(lái)說(shuō)還是很短的，對(duì)信號(hào)來(lái)說(shuō)傳輸線可以看成短路，傳輸線對(duì)信號(hào)的影響是很小的。但是對(duì)于高速信號(hào)來(lái)說(shuō)，假設(shè)信號(hào)頻率提高到300MHz，信號(hào)波長(zhǎng)就減小到1米，這時(shí)候1米的傳輸線和信號(hào)的波長(zhǎng)已經(jīng)完全可以比較，在傳輸線上就會(huì)存在波動(dòng)效應(yīng)，在傳輸線上的不同點(diǎn)上的電壓電流就會(huì)不同。在這種情況下，我們就不能忽略傳輸線對(duì)信號(hào)造成的影響。傳輸線相對(duì)信號(hào)來(lái)說(shuō)就是一段長(zhǎng)線，我們要用長(zhǎng)線傳輸里的理論來(lái)解決問(wèn)題。     高頻時(shí) 傳輸線理論不可忽視。 

傳輸線：

1、傳輸線由兩條一定長(zhǎng)度導(dǎo)線組成，一條是信號(hào)傳播路徑，另一條是信號(hào)返回路徑。

2、傳輸線也是一種理想的電路元件，用于仿真效果比較好，在實(shí)際概念中比較復(fù)雜；

3、傳輸線有兩個(gè)很重要的特征：特征阻抗和時(shí)延。

傳輸線：1、電纜 雙絞線    

               2、PCB中的   微帶線（PCB外層的走線，只有一個(gè)參考平面 ）   傳輸速度更快  空氣相對(duì)介電常數(shù)小。

                                    帶狀線  (介于兩個(gè)參考平面之間的內(nèi)層走線)

信號(hào)的傳播速度取決于材料的介電常數(shù)和材料的分布。

微帶線中的阻抗：

帶狀線中的阻抗：

Polar SI9000進(jìn)行特征阻抗計(jì)算。

將傳輸線始端的輸入阻抗簡(jiǎn)稱為阻抗

將信號(hào)隨時(shí)遇到的及時(shí)阻抗稱為瞬時(shí)阻抗

如果傳輸線具有恒定不變的瞬時(shí)阻抗，就稱之為傳輸線的特性阻抗

和電阻，電容，電感一樣，傳輸線也是一種理想的電路元件，但是其特性卻大不相同，用于仿真效果較好，但電路概念卻比較復(fù)雜

什么是特征阻抗：

特征阻抗就屬于長(zhǎng)線傳輸中的一個(gè)概念。信號(hào)在傳輸線中傳輸?shù)倪^(guò)程中，在信號(hào)到達(dá)的一個(gè)點(diǎn)，傳輸線和參考平面之間會(huì)形成電場(chǎng)，由于電場(chǎng)的存在，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)瞬間的小電流，這個(gè)小電流在傳輸線中的每一點(diǎn)都存在。同時(shí)信號(hào)也存在一定的電壓，這樣在信號(hào)傳輸過(guò)程中，傳輸線的每一點(diǎn)就會(huì)等效成一個(gè)電阻，這個(gè)電阻就是我們提到的傳輸線的特征阻抗.。

信號(hào)在傳輸?shù)倪^(guò)程中，如果傳輸路徑上的特性阻抗發(fā)生變化，信號(hào)就會(huì)在阻抗不連續(xù)的結(jié)點(diǎn)產(chǎn)生反射。影響特性阻抗的因素有：介電常數(shù)、介質(zhì)厚度、線寬、銅箔厚度。

傳輸線對(duì)走線上信號(hào)的影響主要是：傳輸線的分布電容 、分布電感以及介質(zhì)對(duì)傳輸?shù)碾姶挪ǖ挠绊憽?/strong>

特征阻抗如何計(jì)算：     特征阻抗是對(duì)于交流信號(hào)(或者說(shuō)高頻信號(hào))來(lái)說(shuō)的

PCB走線中特征阻抗計(jì)算公式：

L是單位長(zhǎng)度傳輸線的固有電感，C是單位長(zhǎng)度傳輸線的固有電容

要改變傳輸線的特征阻抗就要改變單位長(zhǎng)度傳輸線的固有電感和電容。

影響傳輸線特征阻抗的幾個(gè)因素：     線寬    介質(zhì)厚度   介質(zhì)的介電常數(shù) 

                          PCB走線的銅皮厚度   PCB走線距離參考平面的距離  

a. 線寬與特征阻抗成反比。增加線寬相當(dāng)于增大電容，也就減小了特征阻抗，反之亦然

b. 介電常數(shù)與特征阻抗成反比。同樣提高介電常數(shù)相當(dāng)于增大電容，減小特征阻抗；電容 C=εS/4πkd

c. 傳輸線到參考平面的距離與特征阻抗成正比。減小傳輸線與參考平面的距離相當(dāng)于增大了電容，這樣也就減小了特征阻抗。

d.傳輸線的長(zhǎng)度與特征阻抗沒(méi)有關(guān)系。通過(guò)公式可以看出來(lái)L和C都是單位長(zhǎng)度傳輸線的參數(shù)，與傳輸線的長(zhǎng)度并沒(méi)有關(guān)系

e. 線徑與特征阻抗成反比。由于高頻信號(hào)的趨膚效應(yīng)，影響較其他因素小.

特征阻抗和頻率無(wú)關(guān)：             與線長(zhǎng)無(wú)關(guān)  

減小特征阻抗：  增加線寬  增加走線銅皮厚度     減小介質(zhì)層厚度

              減小走線到參考層距離           選用高介電常數(shù)材料     

差分走線中的線間距也影響特征阻抗，間距越小 特征阻抗越小。

差分走線中信號(hào)線不僅有地等作為參考層，而且兩個(gè)線之間互為參考。因此減小差分布線的間距，可減小特征阻抗。

典型的特征阻抗：

USB的特征阻抗  90Ω       

網(wǎng)口特征阻抗100Ω

通常PCB走線用 50Ohm 阻抗   

工程上同軸電纜的特征阻抗取值通常為75ohm  或50ohm  。

傳輸線上的信號(hào)損耗：

信號(hào)損耗主要包括以下幾種：阻性損耗、介質(zhì)損耗、相鄰耦合損耗、反射損耗和輻射損耗。

在分析傳輸線損耗時(shí)，還應(yīng)注意：趨膚效應(yīng)  鄰近效應(yīng)   表面粗糙度  復(fù)介電常數(shù)   介質(zhì)損耗   隨頻率變化的阻抗特性和時(shí)延特性。

阻性損耗是高頻損耗的主要部分：

主要是由導(dǎo)線自身的電阻所引起的損耗，在交流信號(hào)下，導(dǎo)線的阻抗會(huì)隨著頻率的變化而變化。

走線的表面都會(huì)有一定的粗糙度，當(dāng)信號(hào)的波長(zhǎng)與走線層表明的粗糙度相近時(shí)會(huì)加劇阻性損耗，而且由于趨膚效應(yīng)的影響，高頻電流會(huì)集中在導(dǎo)體的表面，這會(huì)進(jìn)一步加劇導(dǎo)體的阻抗損耗。   

綜上  對(duì)于一些高頻的信號(hào)，盡量選用表面粗糙度即RMS比較小的銅箔走線，從而減小損耗。

介質(zhì)損耗：信號(hào)以電磁波的形式在傳輸線中傳輸，在介質(zhì)中產(chǎn)生極化。介質(zhì)中的帶電粒子沿著電場(chǎng)方向規(guī)則排列，電荷的規(guī)則移動(dòng)消耗了能量。

相鄰耦合損耗：串?dāng)_的影響，信號(hào)的能量一部分耦合到響鈴的線上去，從而衰減了自身的能量。

反射損耗：反射的信號(hào)在傳輸線上來(lái)回傳輸，最終對(duì)信號(hào)的總能量構(gòu)成損耗。

輻射損耗：高頻信號(hào)以電磁波的形式輻射出PCB。

信號(hào)的反射再學(xué)習(xí)：     解決：阻抗匹配   端接

一個(gè)電氣網(wǎng)絡(luò)至少包含三個(gè)部分：驅(qū)動(dòng)端、傳輸互連結(jié)構(gòu)    負(fù)載。

信號(hào)反射的原因是在傳輸結(jié)構(gòu)互連的地方出現(xiàn)了阻抗不連續(xù)的點(diǎn)，致使信號(hào)在傳輸線上的某個(gè)點(diǎn)或幾個(gè)點(diǎn)上出現(xiàn)了瞬態(tài)阻抗不連續(xù)的點(diǎn)。 

反射系數(shù)    傳輸系數(shù)  

需理解的前提：阻抗不連續(xù)時(shí)，在阻抗變化的交界面，雖然阻抗發(fā)生變化，但電壓和電流都一定是連續(xù)的。電壓和電流不可能出現(xiàn)一個(gè)斷裂。

反射計(jì)算：

在分界面左邊一點(diǎn)：S1中有：Zs1=V1/I1;

在分界面右邊一點(diǎn)：S2中有：Zs2=V2/I2；

又由于電壓和電流的連續(xù)性：V1=V2；I1=I2。

由于Zs1和Zs2的寬度不一，Rs1不肯和Rs2相等，因此如果沒(méi)有反射存在。上述不可能同時(shí)成立。因此可以判斷在分界面的位置必定存在反射回源端的信號(hào)。

反射系數(shù)：反射電壓與輸入電壓的比值       Xreflect=（Zs2-Zs1）/（Zs2+Zs1）；

傳輸系數(shù)：傳輸電壓與輸入電壓的比值       Ytrans=2xZs2/（Zs2+Zs1）；

有三種情況：

1、阻抗相等，Zs1=Zs2，無(wú)反射；

2、完全反射，Zs2=無(wú)窮大，Xreflect=1.末端電壓是輸入電壓的2倍。

3、Zs2=0，Xreflect=-1，即完全負(fù)反射相當(dāng)于末端短路了。

一般信號(hào)的發(fā)送端的阻抗較低，信號(hào)接收端的阻抗較高，如果發(fā)送端的與接收端的阻抗不匹配，發(fā)送的信號(hào)會(huì)在發(fā)送端和接收端之間來(lái)回反射。信號(hào)的反射出現(xiàn)過(guò)沖和下沖。

過(guò)沖是信號(hào)波形中出現(xiàn)的第一個(gè)波峰或波谷；

下沖是第二個(gè)出現(xiàn)的波峰或波谷。

反復(fù)的過(guò)沖和下沖會(huì)導(dǎo)致振鈴現(xiàn)象。

哪種情況下需要考慮對(duì)傳輸線進(jìn)行端接：————線長(zhǎng)  高頻的時(shí)候

一般當(dāng)傳輸線的長(zhǎng)度L>Tr/（2xTpr）時(shí)，

Tr——信號(hào)的上升或下降時(shí)間（取較短的那個(gè)）；

Tpr——信號(hào)在PCB板中的傳輸速度。 對(duì)于FR4的板材，信號(hào)在其上的傳輸速度為150ps/in。  （信號(hào)的傳輸速度與介質(zhì)密切相關(guān)）

阻抗匹配措施：

源端串聯(lián)： 源端串聯(lián)電阻    使得Zout（源端阻抗）+Rt（匹配電阻）=Z0（特征阻抗）

 一般當(dāng)傳輸線上只有一個(gè)負(fù)載時(shí)，采用該方式。       使用時(shí)注意：電阻R靠近源端放置。

當(dāng)有多個(gè)負(fù)載時(shí)，串行電阻的位置需要通過(guò)仿真綜合考慮。      但其增加了RC時(shí)間常數(shù)，延緩了信號(hào)上升時(shí)間，因而不適用于高速信號(hào)傳輸。

優(yōu)點(diǎn)：功耗低      缺點(diǎn)：高頻不使用   多負(fù)載使用不便    接收端的一次反射依然存在 

終端并聯(lián)： 

1、終端并聯(lián)電阻匹配：   并聯(lián)電阻匹配可以選擇上拉到Vcc或下拉到GND 。匹配電阻Rt=Z0（特征阻抗）

會(huì)增加額外功耗    優(yōu)點(diǎn):適用于多負(fù)載。

2、戴維南匹配：     終端的電阻并聯(lián)值要和傳輸線的特征阻抗Z0相等。

會(huì)增加額外功耗    電阻值較難選擇 需通過(guò)仿真確定    優(yōu)點(diǎn):適用于多負(fù)載。  

3、AC并聯(lián)匹配：    端接的電阻應(yīng)該和傳輸線的特征阻抗Z0相等。 

優(yōu)點(diǎn):適用于多負(fù)載。  無(wú)直流功耗  對(duì)周期信號(hào)有效（如時(shí)鐘）不適用于非周期信號(hào)（如數(shù)據(jù)）

電容的選擇需要考慮信號(hào)的延時(shí)和容值對(duì)信號(hào)時(shí)間間隔的影響：

（3Tr）/Z0=1/2πfc           Tr——信號(hào)的上升時(shí)間              Z0——傳輸線的特征阻抗。

4、肖特基二極管匹配：   傳輸線末端的信號(hào)反射  導(dǎo)致負(fù)載輸入端的電壓升高超過(guò)VCC和二極管的正向偏置電壓，從而將過(guò)沖的信號(hào)鉗位在VCC和二極管的閾值電壓和上。  同樣，連接到地上的二極管D2也可以將信號(hào)的下沖限制在二極管的正向偏置電壓上。     過(guò)沖的能量通過(guò)二極管得以釋放消耗掉，衰減反射。