传输線(xiàn)阻抗：六个重要值

2020-06-28

当查看各种传输線(xiàn)阻抗值时，特征阻抗和差分(fēn)阻抗通常是两个重要的值，因為(wèi)这是信令标准中通常指定的两个重要值。但是，实际上有(yǒu)六个传输線(xiàn)阻抗值在PCB设计中很(hěn)重要

在许多(duō)文(wén)章和教科(kē)书中都可(kě)以轻松找到特性阻抗方程，但其他(tā)常见的传输線(xiàn)阻抗值则更难计算。这种困难的原因是它依赖于多(duō)条传输線(xiàn)的布置以及它们之间的耦合强度。另一个典型的阻抗值是输入阻抗，它取决于線(xiàn)路的長(cháng)度和任何阻抗失配。

传输線(xiàn)阻抗值

这是重要的传输線(xiàn)阻抗值，应理(lǐ)解為(wèi)PCB设计和布線(xiàn)的一部分(fēn)。

特性阻抗

如果您使用(yòng)Google术语“传输線(xiàn)阻抗”，则特征阻抗的定义是最有(yǒu)可(kě)能(néng)在搜索结果的第一页上看到的结果。大多(duō)数设计人员可(kě)能(néng)熟悉在集总電(diàn)路模型中定义的特性阻抗。该模型返回以下流行的特征阻抗公式：

 

传输線(xiàn)的等效電(diàn)路模型和特性阻抗。

在足够高的频率或足够低的损耗下，特性阻抗将变成纯電(diàn)阻性，并收敛于以下值：

 

高频极限中传输線(xiàn)的特征阻抗

请注意，这里已忽略了趋肤效应，该效应适用(yòng)于高达1 GHz的数字信号带宽。您可(kě)以使用(yòng)标准公式针对不同的走線(xiàn)几何形状，从传播延迟和特性阻抗中得出L和C的值。然后，您可(kě)以使用(yòng)这些電(diàn)路值来优化走線(xiàn)宽度和電(diàn)感，并最大程度地减小(xiǎo)瞬态振铃。

特征阻抗有(yǒu)时称為(wèi)“電(diàn)涌阻抗”，与术语“電(diàn)涌阻抗负载”有(yǒu)关。電(diàn)力系统工程师经常使用(yòng)此术语来量化跨传输線(xiàn)传输并在负载下看到的功率。

偶数模式和奇数模式阻抗

两条彼此足够靠近的传输線(xiàn)会经历電(diàn)容性和電(diàn)感性耦合。这种耦合通常决定串扰，但它也会修改每条線(xiàn)上的信号所看到的阻抗。当以共模（相同幅度，相同极性）驱动耦合線(xiàn)时，偶数模式阻抗是在一对信号传输線(xiàn)上传输的信号所看到的阻抗。当以差分(fēn)模式（相同幅度，相同极性）驱动線(xiàn)时，适用(yòng)类似定义：

 

两根耦合传输線(xiàn)的偶数和奇数模式阻抗值

注意，偶数和奇数模式传输線(xiàn)的阻抗值是根据Z参数為(wèi)一对耦合的传输線(xiàn)定义的：

 

传输線(xiàn)阻抗的Z参数

Z矩阵（也称為(wèi)阻抗参数）可(kě)以轻松转换為(wèi)S参数。它也可(kě)以推广到具有(yǒu)共模或差分(fēn)驱动的多(duō)条耦合传输線(xiàn)。

共模和差分(fēn)阻抗

共模和差模阻抗值与偶数和奇数模态阻抗值有(yǒu)关。通常為(wèi)差分(fēn)对的阻抗匹配指定差分(fēn)阻抗值，而不是奇数模式阻抗。差分(fēn)对阻抗取决于特性阻抗和差分(fēn)对两端之间的间距。除在共模驱动下会产生共模阻抗外，这也适用(yòng)于共模阻抗。

 

差分(fēn)和共模阻抗值。

从物(wù)理(lǐ)上讲，差分(fēn)阻抗是在以差分(fēn)模式驱动该对时，在两条耦合的传输線(xiàn)之间测得的阻抗。类似地，共模阻抗是当一对以共模方式驱动时在两条耦合的传输線(xiàn)之间测得的阻抗。

输入阻抗

该传输線(xiàn)阻抗值在阻抗匹配中很(hěn)重要，可(kě)以用(yòng)来量化传输線(xiàn)何时超过临界長(cháng)度；请看链接文(wén)章，了解如何量化允许的阻抗失配。无需重复该文(wén)章中的所有(yǒu)内容，输入阻抗取决于特性阻抗，传播常数，负载阻抗和传输線(xiàn)的長(cháng)度：

 

传输線(xiàn)输入阻抗。

集成传输線(xiàn)阻抗计算器

这里提供了几个方程式，这些方程式描述了不考虑实际PCB复杂几何形状的理(lǐ)想情况。但是，在设计传输線(xiàn)时，它们仍然是一个不错的起点。電(diàn)路模型可(kě)用(yòng)于根据互電(diàn)容和電(diàn)感来近似估算線(xiàn)路之间的耦合，然后可(kě)用(yòng)于确定偶数/奇数和公共/差分(fēn)阻抗值。

当您需要极其精确的传输線(xiàn)阻抗计算时，您需要使用(yòng)具有(yǒu)集成電(diàn)磁场求解器的路径。这為(wèi)您提供了使用(yòng)实际PCB时非常精确的阻抗结果以及上升沿和下降沿的信号行為(wèi)。这很(hěn)好地解决了无法引入電(diàn)路模型的复杂寄生现象，并允许设计人员考虑沿耦合传输線(xiàn)長(cháng)度的長(cháng)度调整几何。