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信号完整性系列之“传输线”


本文主要介绍传输线的定义,传输线的分类,传输线的阻抗和时延。


传输线是用于将信号从一端传输到另一端,传输线由两条一定长度的导线组成,一条是信号传播路径,另一条是信号返回路径。和阻容感一样,传输线也是一种理想的电路元件,实际的特性非常复杂,传输线的两个非常重要的特征是:特性阻抗和时延。
传输线要求传输损耗小,传输效率高,工作带宽宽,稳定性好,成本低。
常见的传输线有双绞线、同轴线等,对于PCB来说,常见的有微带线和带状线两种。微带线通常是指PCB外层的走线,只有一个参考平面,带状线是介于两个参考平面之间的内层走线。由于microstrip line(微带线)的一面裸露在空气里面(可以向周围形成辐射或受到周围的辐射干扰),而另一面附在PCB的绝缘电介质上,所以它形成的电场一部分分布在空中,另一部分分布在PCB的绝缘介质中。由于空气的介电常数比绝缘介质的介电常数小,因此microstrip line中的信号传输速度要比stripline中的信号传输速度快。



电信号在导线中或者空气中都以光速3*10^8m/s传播,当电流从导线中流过时,会沿导体产生电磁场,电磁场在某种物质中的传播速度和物质的介电常数密切相关,因此传播时延主要取决于绝缘介质的介电常数、传输线长度和传输线横截面的几何结构等。
对于常规的FR4(介电常数为4.2),微带线的传输时延约为150ps/inch,带状线的时延约为175ps/inch。


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