傳輸線,不僅僅是一條線。
在電子系統設計中說到傳輸線就要涉及到電磁場、電磁波的相關知識,因此相對來說比較晦澀難懂,但是我們在設計中又會牽扯到,即使你沒有意識到,即使在設計一般低速信號時也需要考慮,何況目前的數字電路朝著更高速的方向發展,有些設計點是基于經驗和通行設計規范,今天簡單的通過仿真來初步認識一下傳輸線的特性知識。
模型:在一般電路中,我們的電子電路模型是屬于集總參數模型,就是電子電路作為單一特性參數來看待,忽略寄生參數。而傳輸線模型就是屬于分布式參數,即考慮傳輸線的寄生參數。而寄生參數就是阻容感。基本模型如上圖。
傳輸線的幾種模型:
以常見的微帶線為例(微帶線就是在PCB表面的線,一邊介質是空氣)
傳輸線的特性阻抗Z0:特性阻抗就是指某種傳輸線類型的單位阻抗,Z0=根號L/C,表示的是基本屬性。下圖就是一個基本的傳輸線仿真模型。
關于傳輸線的長度等設置如上圖,會自動計算特性阻抗。
結果波形圖:
可見輸出和輸入的波形差別
1、匹配電阻的作用
50歐姆匹配電阻,可見效果好很多。
2、匹配電阻阻值大小的影響
可以看出,阻值太小沒有作用,而太大則造成時延增大,大約在100歐姆以下50歐姆左右比較合適。
3、匹配電阻的位置
可見匹配電阻在源端更合適。
4、傳輸線長的影響
仿真的是0-203cm長度變化,主要是時延的影響,可見在超過大約50cm后,時延很嚴重了。
5、傳輸線間串擾
下面分別是無匹配電阻和有匹配電阻時的線間串擾,可見匹配電阻對線間干擾影響較大,這個串擾主要出現在邊沿。
6、傳輸線的輻射特性EMI
可見加上匹配電阻改善反射效果后,輻射強度變低。
小結
以上就是針對我們平時板級設計中的一些常見原則如端接電阻、線間距等進行仿真驗證,便于直接的感受設計變化的差別,而在高速設計中,信號完整性PI/SI的前仿和后仿有很重要的作用,希望能不斷學習,進步!
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原文標題:硬件開發者之路之--基于仿真分析的傳輸線理論初步
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