嵌入式第7章传输线的物理基础ppt课件.ppt

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1、为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益第7 章 传输线的物理基础n传输线概述传输线概述n传输线零阶模型传输线零阶模型n传输线一阶模型传输线一阶模型1为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益传输线概述传输线概述n传输线类型传输线类型n传输线特性参数传输线特性参数2为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益传输线类型传输线类型n双铰线双铰线n同轴电缆同轴电缆n共面线共面线n

2、微带线微带线n嵌入式微带线嵌入式微带线n带状线带状线n非对称带状线非对称带状线n均匀传输线？均匀传输线？n平衡传输线？平衡传输线？导线上任何一处的横截面都相同导线上任何一处的横截面都相同信号路径与返回路径完全一样信号路径与返回路径完全一样3为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益传输线特性参数传输线特性参数1.信号速度信号速度2.瞬态阻抗与特性阻抗瞬态阻抗与特性阻抗4为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益1.信号速度信号速度n信号是指传输线闭

3、合路径上的电压（差），信号是指传输线闭合路径上的电压（差），闭合回路中电压是电流流过阻抗时产生的，闭合回路中电压是电流流过阻抗时产生的，电流是电荷的流动形成的，那么电荷的流动电流是电荷的流动形成的，那么电荷的流动速度是否就是信号速度？速度是否就是信号速度？PCB上的铜导线或任何其它导线回路上的铜导线或任何其它导线回路5为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益1.信号速度信号速度n电子在铜导线中的速度电子在铜导线中的速度D DQ：时间段内流过的电量，时间段内流过的电量，D Dt：时间段，单位为时间段，单位为sq：一个电子

4、所带的电量，一个电子所带的电量，n：自由电子的密度，自由电子的密度，#/m3A：导线的横截面积，单位为导线的横截面积，单位为m2V：导线中电子的速度，单位为导线中电子的速度，单位为m/s6为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益1.信号速度信号速度n电子在铜导线中的速度电子在铜导线中的速度每个铜原子能提供两个自由电子，铜原子之间的距离为每个铜原子能提供两个自由电子，铜原子之间的距离为1 nm，自由电子的密度，自由电子的密度n，n 1027/m3直径为直径为1 mm 的导线，横截面积约为的导线，横截面积约为A 10-6

5、m27为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益1.信号速度信号速度n信号信号是信号路径与返回路径之间的是信号路径与返回路径之间的电压差，电压差，当信号当信号在传输线上传播时，两导线之间就会产生电压，在传输线上传播时，两导线之间就会产生电压，而这个电压又使两导线之间而这个电压又使两导线之间产生电场产生电场。n电流必须在信号路径和返回路径上流动，两导体之电流必须在信号路径和返回路径上流动，两导体之间的电流回路间的电流回路产生磁场产生磁场。n变化的电场激发磁场，变化的磁场激发电场变化的电场激发磁场，变化的磁场激发电场8为了规

6、范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益1.信号速度信号速度n信号路径与返回路径间电磁场的建立速度与信号路径与返回路径间电磁场的建立速度与传播速度决定信号的速度，信号速度就是电传播速度决定信号的速度，信号速度就是电磁波的传播速度。磁波的传播速度。n信号速度信号速度e e0：自由空间的介电常数，：自由空间的介电常数，8.89 10-12 F/mE Er：材料的相对介电常数材料的相对介电常数m m0：自由空间的导磁率，自由空间的导磁率，4 p p 10-7 H/mm mr：材料的相对导磁率材料的相对导磁率9为了规范事业单位聘用关

7、系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益1.信号速度信号速度n信号速度信号速度经验法则：绝大多数互连线中的光速约为经验法则：绝大多数互连线中的光速约为 12 in/ns/sqrt(4)=6 in/ns。电路板上互连线中信号速度约为电路板上互连线中信号速度约为6 in/ns。10为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益1.信号速度信号速度n时延时延TDn连线时延（每英寸长度互连线时延的连线时延（每英寸长度互连线时延的 ps 数）数）PD=1/v11为了规范事业单位聘用

8、关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益1.信号速度信号速度n信号前沿的空间延伸信号前沿的空间延伸d 表示上升时间的空间延伸，单位为表示上升时间的空间延伸，单位为inRT 表示信号的上升时间，单位为表示信号的上升时间，单位为nsv 表示信号的速度，单位为表示信号的速度，单位为in/ns12为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益2.瞬态阻抗与特性阻抗n传输线上信号前沿探测到传输线上信号前沿探测到的电压与电流之比称为传的电压与电流之比称为传输线的输线的瞬态阻抗瞬态阻

9、抗n信号前沿的电流信号前沿的电流n瞬态阻抗由信号的速度和瞬态阻抗由信号的速度和单位长度的电容决定。单位长度的电容决定。n均匀传输线上各处的瞬态均匀传输线上各处的瞬态阻抗恒定，称为阻抗恒定，称为特性阻抗特性阻抗n瞬态阻抗变化时，反射发瞬态阻抗变化时，反射发生，信号完整性受到破坏生，信号完整性受到破坏1V13为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益第7 章 传输线的物理基础n传输线概述传输线概述n传输线零阶模型传输线零阶模型n传输线一阶模型传输线一阶模型14为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业

10、单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益传输线零阶模型传输线零阶模型1.零阶模型零阶模型2.著明的特性阻抗著明的特性阻抗3.传输线阻抗传输线阻抗4.传输线的驱动传输线的驱动5.返回路径返回路径15为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益1.零阶模型零阶模型n电容容量电容容量n每步从脚底流出的电流每步从脚底流出的电流传输线零阶模型。由一系列电容组成，传输线零阶模型。由一系列电容组成，每走一步就使一个电容充上电，电容每走一步就使一个电容充上电，电容之间的跨度就是我们的步长。之间的跨度就是我们的步长。Q：每步的电量

11、；：每步的电量；C：每步的电容每步的电容D Dt：从一个电容跨到另一个电容从一个电容跨到另一个电容的时间；的时间；CL：传输线单位长度的传输线单位长度的电容量；电容量；D Dx：电容间的跨度或步电容间的跨度或步长；长；V：信号的速度；信号的速度；V：信号的信号的电压电压16为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益1.零阶模型零阶模型n瞬态阻抗瞬态阻抗n特性阻抗特性阻抗：特性阻抗是描述由几何结构和材：特性阻抗是描述由几何结构和材料决定的传输线特征的一个物理量，它等于料决定的传输线特征的一个物理量，它等于信号沿均匀传输线传

12、播时所受到的瞬态阻抗。信号沿均匀传输线传播时所受到的瞬态阻抗。17为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益1.零阶模型零阶模型n可控阻抗可控阻抗:沿线特性阻抗是一个常量的传输沿线特性阻抗是一个常量的传输线称为可控阻抗传输线。如果一块电路板上线称为可控阻抗传输线。如果一块电路板上的所有互连线都是可控阻抗传输线，并且有的所有互连线都是可控阻抗传输线，并且有相同的特性阻抗，就把这块电路板叫做可控相同的特性阻抗，就把这块电路板叫做可控阻抗电路板。阻抗电路板。n双绞线、同轴线、微带线、带状线都是可控双绞线、同轴线、微带线、带状线

13、都是可控阻抗传输线。可控阻抗互连线的惟一条件就阻抗传输线。可控阻抗互连线的惟一条件就是：横截面是恒定不变的。是：横截面是恒定不变的。18为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益1.零阶模型零阶模型n特性阻抗随线宽及介质厚度的关系特性阻抗随线宽及介质厚度的关系线宽增加，单位长度电容就增加，线宽增加，单位长度电容就增加，相应的特性阻抗就下降；如果介质相应的特性阻抗就下降；如果介质厚度增加，单位长度电容就减小，厚度增加，单位长度电容就减小，相应的特性阻抗就增大。相应的特性阻抗就增大。5miles19为了规范事业单位聘用关系，

14、建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益2.著明的特性阻抗著明的特性阻抗n特性阻抗高，容易特性阻抗高，容易制造，价格低，但制造，价格低，但串扰严重。特性阻串扰严重。特性阻抗低，串扰小，对抗低，串扰小，对接插件、元件和过接插件、元件和过孔引起的时延累加孔引起的时延累加不敏感，但功耗高，不敏感，但功耗高，成本高。成本高。5050是最是最佳特性阻抗。佳特性阻抗。一些常见的可控阻抗传输一些常见的可控阻抗传输线以及它们的特性阻抗线以及它们的特性阻抗电视天线电视天线电视电缆电视电缆双铰线双铰线自由空间自由空间377W20为了规范事业单位聘用关系，建立和完善

15、适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益3.传输线阻抗传输线阻抗n传输线阻抗：从驱动传输线阻抗：从驱动器测量进入传输线前器测量进入传输线前端的信号得到的阻抗，端的信号得到的阻抗，它随时间而变化。对它随时间而变化。对于相同的传输线，根于相同的传输线，根据末端的连接情况、据末端的连接情况、传输线的长度和测量传输线的长度和测量方法的不同，可以是方法的不同，可以是短路，可以是开路，短路，可以是开路，也可以是开路与短路也可以是开路与短路之间的任意值。之间的任意值。用欧姆表测量一段用欧姆表测量一段RG58 电缆线的输入阻抗电缆线的输入阻抗21为了规范事业单位聘用关系

16、，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益3.传输线阻抗传输线阻抗n从传输线一端看从传输线一端看进去的阻抗是随进去的阻抗是随时间而变化的。时间而变化的。在信号往返时间在信号往返时间之内，所测量到之内，所测量到的阻抗就是特性的阻抗就是特性阻抗。如果等待阻抗。如果等待时间足够长，测时间足够长，测量到的阻抗将会量到的阻抗将会是开路。是开路。22为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益4.传输线的驱动传输线的驱动n传输线的驱动传输线的驱动Vlaunched：加到传输线上的电压加

17、到传输线上的电压Voutput：驱动器驱动开路电路时的输出电压驱动器驱动开路电路时的输出电压Rsource：驱动器的输出源电阻驱动器的输出源电阻Z0=传输线的特性阻抗传输线的特性阻抗23为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益5.返回路径返回路径返回电流何时返回返回电流何时返回返回电流分布返回电流分布参考平面非相邻平面参考平面非相邻平面参考平面换层参考平面换层24为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益返回电流何时返回返回电流何时返回n把电流加

18、到传输线的信号路径上，返回电流把电流加到传输线的信号路径上，返回电流何时从返回路径上返回？若单程何时从返回路径上返回？若单程1s，是否需，是否需2s才能回到源端？才能回到源端？25为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益返回电流何时返回返回电流何时返回n用零阶模型进行分析用零阶模型进行分析电流在信号电压变化的地方（电流在信号电压变化的地方（dV/dt 不为零），从不为零），从信号路径流到返回路径上，从返回路径回到源端。信号路径流到返回路径上，从返回路径回到源端。26为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经

19、济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益返回电流分布返回电流分布n返回路径通常是平面，电流在平面上如何分返回路径通常是平面，电流在平面上如何分布？布？在在10 MHz 和和100 MHz 时，微带线和带状线信时，微带线和带状线信号路径和返回路径中的电流分布。两种情况中，号路径和返回路径中的电流分布。两种情况中，导线为导线为1 盎司铜，线宽为盎司铜，线宽为5 mil。图中颜色越淡，。图中颜色越淡，电流密度越大电流密度越大27为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益返回电流分布返回电流分布28为了规范

20、事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益参考平面非相邻平面参考平面非相邻平面n参考平面非相邻平面时返回电流如何走？参考平面非相邻平面时返回电流如何走？电流分布总是趋向于减小回路阻抗电流分布总是趋向于减小回路阻抗29为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益参考平面非相邻平面参考平面非相邻平面n信号路径上的电流在悬空的中间平面的上表面感应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出涡流，底平面的返回电流又在中间平

21、面的下表面感应出涡流。这些感应的涡流在中间平面上靠面感应出涡流。这些感应的涡流在中间平面上靠近信号电流和返回电流的输入端的那一边相联通。近信号电流和返回电流的输入端的那一边相联通。30为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益参考平面非相邻平面参考平面非相邻平面n从传输线看进去，驱动器在信号路径与底平面之间受到的阻抗为多少？两平面的阻抗两平面的阻抗Z2-3 越越小，信号受到的阻抗小，信号受到的阻抗就越接近于就越接近于Z1-2。31为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障

22、用人单位和职工的合法权益参考平面非相邻平面参考平面非相邻平面n假设h 3.5 1/0.5=7。63为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益3.带宽与节数带宽与节数n当给定上升时间RT（ns）时，n 节LC 集总电路模型要达到足够高的带宽，每节LC 电路对应的线长（英寸）必须小于1.7 RT in。64为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益4.特性阻抗与频率的关系特性阻抗与频率的关系n从传输线前端看进去的阻抗与频率有密切的关系。那么特性阻抗是否

23、也随频率而变化呢由于趋肤效应，特性阻抗随着频率而变化。导由于趋肤效应，特性阻抗随着频率而变化。导线为线为FR4板上板上1 盎司铜制成的盎司铜制成的50 W W 微带线微带线在低频时，特性阻抗在低频时，特性阻抗比较高，约在比较高，约在1 MHz 开始下降，且直到开始下降，且直到50 MHz 以前都一直在下以前都一直在下降。从直流到高频，降。从直流到高频，特性阻抗的总下降量特性阻抗的总下降量约为约为7 W W，即变化小于，即变化小于15%。65为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益第7 章 传输线的物理基础n传输线概述传

24、输线概述n传输线零阶模型传输线零阶模型n传输线一阶模型传输线一阶模型66为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益第7 章 传输线的物理基础要求要求n常用传输线类型常用传输线类型n双铰线双铰线n同轴电缆同轴电缆n共面线共面线n微带线微带线n嵌入式微带线嵌入式微带线n带状线带状线n非对称带状线非对称带状线n均匀传输线均匀传输线n平衡传输线平衡传输线67为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益n传输线特性参数传输线特性参数n信号速度信号速度(电子速度

25、？电磁波速度？电子速度？电磁波速度？)n时延时延n瞬态阻抗瞬态阻抗n特性阻抗特性阻抗n阻抗阻抗FR4 V=6 in/ns随时间变化，与终端状态有关随时间变化，与终端状态有关68为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益n零阶模型零阶模型n模型模型n瞬态阻抗瞬态阻抗n特性阻抗特性阻抗n返回电流分析返回电流分析n返回电流何时返回返回电流何时返回n返回电流分布返回电流分布n返回电流路径返回电流路径n参考平参换层时返回路径改变，易引起阻抗变化参考平参换层时返回路径改变，易引起阻抗变化69为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益n一阶模型一阶模型n模型模型n瞬态阻抗瞬态阻抗n特性阻抗特性阻抗n时延时延n单位长度电容单位长度电容n单位长度电感单位长度电感n总电容总电容n总电感总电感FR4：CL=83/50 2=3.3 pF/in LL=0.083 50 2=8.3 nH/in70为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益n一阶模型一阶模型n带宽与节数带宽与节数71