第四章传输线基础.pptVIP

*4.8末端开路传输线的输入阻抗 在往返时间内，驱动器把互连线的阻抗视为电阻负载，其大小等于该线的特性阻抗。第30页，共85页，星期日，2025年，2月5日*4.9传输线的驱动 高速信号驱动传输线时，传输线的输入阻抗在往返时间内表现为电阻，大小等于特性阻抗。上：输出门驱动传输线。下：等效电路模型。第31页，共85页，星期日，2025年，2月5日*4.9传输线的驱动 当驱动器的输出源阻抗变化时，加在50?传输线上的电压百分比。 为了使初始加到传输线上的电压更接近于源电压，驱动器的输出源电阻就必须很小！其重要性仅次于传输线的特性阻抗。 若输出器件的输出阻抗特别低，如10W或更小，通常称之为线性驱动器，它们能把绝大部分电压加到传输线上。第32页，共85页，星期日，2025年，2月5日*4.10信号的返回路径 第二条线不是地！而是返回路径！所有的电流，都必须构成回路。 把电流加到传输线的信号路径上，经过长时间后的电流分布情况。那么何时电流从返回路径上流出？ 把远端短路，如图所示，将信号加到传输线上。开始时，信号路径上的电流为一常量，它与施加的电压和传输线的特性阻抗有关。第33页，共85页，星期日，2025年，2月5日*4.10信号的返回路径 利用传输线的零阶模型，将传输线描述为一连串的小电容。若电容两端的电压恒定不变，就没有电流流过电容。当信号加到传输线上时，信号路径与返回路径两导线之间的电压就会迅速升高。正是在电压的前沿经过时，电流流过第一个电容。 信号电流经过传输线的分布电容流到返回路径上。只有信号电压变化的地方，即dV/dt不为零的地方，电流才从信号路径流到返回路径上。这仅与瞬时环境和信号前沿所在的那一小段传输线有关。第34页，共85页，星期日，2025年，2月5日*4.10信号的返回路径只有在电压发生改变的地方，即信号前沿位置附近，才有电流从分布电容中流过。而电流就在信号路径、电容和返回路径组成的电流回路中流动。信号受到的瞬态阻抗就是信号电压与电流的比值。 任何干扰电流回路的因素，都会干扰信号并造成信号失真，这将破坏信号完整性。为了保持良好的信号完整性，控制电流波前沿和电压波前沿都非常重要。做到这一点的最重要方法就是保持信号受到的瞬态阻抗恒定。 任何影响信号电流路径或返回电流路径的因素都会影响信号受到的阻抗。无论是对于PCB板、插头、还是IC封装，返回路径都必须像信号路径一样认真设计。 如果返回路径是一个平面，那么返回电流在哪里流动？ 电流在平面上是如何分布的？ 要计算需要用二维场的方法。第35页，共85页，星期日，2025年，2月5日*4.10信号的返回路径 10MHz和100MHz时，微带线和带状线信号路径和返回路径中的电流分布。由上图可见返回路径中的电流分布集中在信号路径的下面，信号频率越高，电流分布越集中。频率越高，返回电流直接在信号电流下面流动的趋势就越明显。频率高于100MHz时，绝大部分返回电流直接在信号路径下面流动。无论信号路径是弯曲的或是直角拐弯的，平面上的返回电流都会跟随它。以使回路电感就会保持最小。第36页，共85页，星期日，2025年，2月5日*4.11返回路径平面的切换 多层板互连中，返回路径通常设计成平面。但如果与信号路径相邻的平面不是被驱动的平面，情况又会如何呢？当相邻平面不是返回路径时，返回电流分布有所不同第37页，共85页，星期日，2025年，2月5日*4.11返回路径平面的切换电流的分布总是趋向于减小回路阻抗。在传输线的起始端，返回路径将从第3层底平面耦合到第2层中间平面，然后又回到第1层的信号路径。 信号路径上的电流在悬空的中间平面的上表面感应出涡流，底平面的返回电流又在中间平面的下表面感应出涡流。这些感应的涡流在中间平面上靠近信号电流和返回电流输入端的那一边相联通。电流的流向如图当相邻平面不是返回路径平面时，电流流动的侧视图第38页，共85页，星期日，2025年，2月5日*4.11返回路径平面的切换 由于趋肤效应的影响，平面上精确的电流分布与频率有关。通常，电流在各个平面的分布趋向于减小信号－返回路径的总回路电感。这时，只能使用场求解器来精确计算出分布情况。下图给中导线的厚度为2mil，频率在20MHz，从一端横截面观察到的电流分布情况。信号加到上面导线和底部平面之间而中间平面悬空时，从一端观察到的电流分布情况。悬空平面上有感应涡流，颜色越淡表示电流密度高。第39页，共85页，星期日，2025年，2月5日*4.11返回路径平面的切换 中间平面是悬空的，这时信号受到的阻抗是两条传输线的串联。如图所示