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參考平面與傳輸線那些事兒

工程師看海 ? 來源:工程師看海 ? 作者:工程師看海 ? 2022-07-11 14:19 ? 次閱讀

一對導體就可以構(gòu)成傳輸線,信號以電磁波的形式在這一對導體之間傳播。這兩個導體,一個被稱為“信號路徑”,另一部被稱為“參考路徑”或“回流路徑”。傳輸線的形式由多種多樣,比如PCB中的走線、同軸電纜等。

在我們傳統(tǒng)的觀念中,信號是從發(fā)射端產(chǎn)生,經(jīng)過“信號路徑”到達負載,再從負載沿著地線也就是沿著“參考路徑”回到發(fā)射端,構(gòu)成一個回路。

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但是在傳輸線的概念中,“參考路徑”與是否接地無關(guān),哪怕“參考路徑”是浮空的金屬導體,也可以構(gòu)成傳輸線,有的PCB設(shè)計中是以電源平面作為參考平面。這有點像EMC問題中,用來屏蔽的金屬外殼,金屬外殼接地與否,會對屏蔽效果產(chǎn)生不同的影響。此外,在傳輸線的概念中,只要發(fā)射端剛產(chǎn)生信號,“參考路徑”上就會同時產(chǎn)生伴隨的返回電流,而不是傳統(tǒng)觀念中,信號經(jīng)過負載后再通過地線回流,這一點后面會詳細介紹。

信號在傳輸線傳輸?shù)倪^程,就是一個不斷建立電磁場的過程,在信號變化時建立電磁場,在信號變化的前后信號是穩(wěn)定狀態(tài),沒有電磁場的建立。

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另一個重要的區(qū)別是,傳統(tǒng)的信號傳播模型,被看做是一個集總參數(shù)模型,這個模型認為傳輸電纜上各個位置的信號是相同的,即信號很快就從發(fā)射端傳輸?shù)浇邮斩恕6趥鬏斁€中,信號的傳播模型是分布式參數(shù)模型,即傳輸電纜上各個位置的信號是不同的,信號是逐步向前傳輸?shù)模旅婢褪羌倕?shù)模式和分布式參數(shù)模型示意圖。

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滿足以上特點的一對導體就可以構(gòu)成傳輸線,在PCB走線中,一般把一個完整的平面用于“參考路徑”,我們習慣稱之為參考平面,對信號要求高的場合下,信號會有上下兩個參考平面,甚至左右也有伴隨地孔。

這些參考平面構(gòu)成良好的傳輸線模型,可以控制阻抗,避免反射,提高信號傳輸效率,同時也起到良好的屏蔽作用。

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我們常常聽說微帶線和帶狀線這兩個概念,什么是微帶線什么是帶狀線呢?

有人說表層走線是微帶線,內(nèi)存走線是帶狀線,其實這個回答有很大的問題,相當不準確。這個基于特定公司內(nèi)部,約定俗成或習慣性走線方式來回答的。

微帶線的概念是只有一個參考平面的傳輸線,帶狀線是有兩個參考平面,而我們表層走線時只有第二層一個參考平面,滿足微帶線的概念;而內(nèi)層走線,由于層疊結(jié)構(gòu)特點,信號線可以有上下兩個參考平面,滿足帶狀線的概念。因此,大家才說,表層走線就是微帶線,內(nèi)層走線就是帶狀線,這在日常溝通時沒有問題,但是面試或筆試答題時,要注意區(qū)分的清二者區(qū)別。

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審核編輯:湯梓紅

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