为什么只有当走线长于半个波长时,特性阻抗才重要?

电器工程 电路板 射频 收音机 阻抗
2022-01-15 14:17:24

当走线短于半波长时,为什么不考虑走线的特性阻抗?我对光衍射也有同样的问题,当针孔小于半个波长时就会发生这种情况——这在某种程度上是有道理的,但我无法“看到”它,我不明白波长与反射有何关系(我认为这是我们关心阻抗匹配的唯一原因)。我试图让海浪类比起作用,但是……嗯,我问这个的事实说明了一切。

4个回答

1/4 波长或更短的波长也可以产生很大的影响。我听过并使用过的通常经验法则是,当长度小于 1/10 或 1/20 波长时,您可能会忽略传输线效应。

举个简单的例子,假设您用开路端接 1/4 波长线,并用单频源驱动它。在信号反射回源(距离为 1/4 波长)后,它会看起来像是在驱动短路而不是开路。这是一个相当可观的效果。

对于数字设计中更常见的情况,您将线路设计为 50 欧姆,并以 50 欧姆终止线路,但线路的实际特性阻抗在生产中可能会在 45 和 55 欧姆之间变化。您想知道对信号完整性的影响有多大。

如果线路很长,信号会传播到末端,然后反射回来。然后它传播回源(可能根本不匹配)并再次反射。等等。这会在负载上产生一个电压,在每个上升沿和下降沿都有一个明显的振铃。如果迹线更长,则该环消失所需的时间会更长,因为这些反射来回传播需要时间。

另一方面,如果线路很短(在与数字信号的上升和下降时间相关的“临界频率”处小于 1/10 波长),这些反射都将在上升或下降时间内发生。下降沿仍在进行中,不会在负载上产生太多振铃(过冲或下冲)。

这就是为什么您经常会听到一条经验法则,即当走线长度是波长的一小部分时,不需要进行阻抗控制。

一些不择手段的自我推销:在线输电线路仿真

调整传输线长度与信号频率的关系相当于调整时间延迟 ( tDelay) 与上升时间 ( tRise)。

一些有趣的参数: set tDelay=tRise/10这是波长比传输线长得多的情况。请注意,在达到 1V 的峰值“开启”电平之前,红色迹线将多次从远端反射。然而,每个反射相对较小,因为红色迹线左侧的电压与驱动电平(蓝色迹线)没有显着差异。信号能够以足够快的速度传播到目标,以至于分离距离永远不会变得太显着。

现在以 say 的情况重复tDelay=tRise/2请注意,驱动源电压与红色不匹配终止电压的分离明显更多。当信号最终到达传输线的末端时,反射是相当严重的。接收器认为的驱动电压与真实驱动电压之间的这种不匹配决定了任何反射的幅度。重复反射的出现是因为反射导致线路电平超过源电平,但小于第一次反射。信号反复反射,直到电平稳定到接近源电压。

与走线相比,长波长实际上意味着沿着走线几乎没有电压——一端总是与另一端几乎相同的电压(与信号幅度相比),因此反射的影响最小。

正如@ThePhoton 所说,您应该考虑 1/10 或 1/20 波长而不是 1/4。

如果你想到一个狭窄的深水箱中的水波,并且一侧不能比另一侧高很多(例如波长的 10 倍),它更像是提高和降低水箱中的水。

四分之一波未端接电缆看起来很短,出于显而易见的原因,应避免这种情况。随着电缆长度的缩短,信号频谱的高频部分会变得更好,并且通常会忘记大约十分之一波长的终端。

当其长度与所施加电压的四分之一波长匹配时,这是一条开放式线的外观:-

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(来源:ibiblio.org

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