传输线效应详解
传输线原理
传输线原理
传输线原理指的是在电信领域中，用来传输高频电信号的电缆或导线。
其基本原理是利用电磁波在导线或电缆中的传播特性来传输信号。
在传输线中，主要有两种模式的信号传播：差模模式和共模模式。
差模模式是指信号在两个导线之间以相反的极性传播，而共模模式是指信号以相同的极性在两个导线上共同传播。
传输线的传输特性主要包括电阻、电感、电容和导纳等参数。
电阻表示传输线中电流受到阻碍的程度，电感表示在传输信号时线路对磁场的反应，电容表示在线路上存储电荷的能力，导纳则表示电流与电压之间的关系。
在传输线中，信号的传输速度和衰减程度取决于传输线的特性阻抗。
如果输入端和输出端的特性阻抗相等，就可以实现信号的完美传输。
否则，会出现信号的反射和衰减现象。
为了保持信号的完整性，传输线中常采用匹配网络来匹配源和负载的阻抗。
匹配网络可以使信号在传输线中保持一致的特性阻抗，从而最大限度地减少信号的反射和衰减。
此外，传输线还会受到信号的串扰影响。
串扰是指传输线上的两个信号相互干扰，使得接收信号的质量下降。
为了减少串扰效应，可以采用屏蔽措施或增加信号之间的间隔。
总之，传输线原理是通过合理设计电路和选用合适的传输线，
使得高频信号能够在电路中稳定传输，减少信号衰减和串扰，确保信号的质量和完整性。
第二章传输线理论
第一部分表示由信号源向负载方向传播的行波，称之为入射波。 第二部分表示由负载向信号源方向传播的行波，称之为反射波。
习题：
2-1
2-2
入射波和反射波沿线
2-4
的瞬时分布图如图
第二章 传输线理论
2-3 传输线的特性参量
传输线的特性参量主要包括：相位常数、特性阻抗、 相速和相波长、输入阻抗、反射系数、驻波比(行波系数) 和传输功率等。
jZ0tgβ
z
=
jZ0tg
2πz λ
=
沿线电压电流的瞬时分布和振幅分布，如上图 jXin
第二章 传输线理论
2. 终端开路
由于负载阻抗 ZL = ∞ 因而终端电流 I2 = 0
U (0) = A1 + A2 = Ui2 +Ur2 = 2Ui2 ⇒Ui2 = Ur2
第二章 传输线理论
微波传输线大致可分三种类型
（1）TEM波 （2）TE、TM波 （3）表面波
第二章 传输线理论
二、分布参数及分布参数电路
传输线有长线和短线之分。所谓长线是指传输线的 几何长度与线上传输电磁波的波长比值(电长度)大于或 接近1，反之称为短线。
长线
分布参数电路
(Long Line)
考虑分布参数效应
u(z,t) = Re[U (z)e jωt ] = A1 cos(ω t + β z)+ A2 cos(ω t - β z) =ui (z,t ) + ur (z,t )
i(z,t) = Re[I (z)e jωt ]
=
A1 Z0
cos(ω
t+
β
z)-
A2 Z0
cos(ω
t-
高速线路PCB设计：传输线效应
高速线路PCB设计：传输线效应在高速线路中，由于传输线阻抗变化的问题，会有一部分的信号能量被反射，假设信号是一个跑步的人，人从A端想要跑到B端，在人经过线路每一块的导体时都会改变其电压值，一开始他在阻抗为50Ω的线路上跑，碰到过孔时阻抗的变化会产生让其速度变慢并产生一定的反弹，一直到终端为1MΩ时，此时几乎带着100%的能量被反弹回A端，反弹到A端时，由于A端为25Ω，会有一部分能量被留住，一部分能量被反弹，反弹的能量约为初始值的1/3。
而这1/3的信号再次到达B端后，又会被反射，以此类推。
在示波器上可以看到信号的上升沿和下降沿产生振荡直至能量减弱信号幅度随之减小。
基于上述模型，传输线会对整个电路设计带来一下效应：反射信号、延时和时序错误、多次跨越逻辑电平门限错误、过冲与下冲、串扰、电磁辐射信号轮廓失真信号在接收端将被反射，信号轮廓将失真。
失真变形的信号对噪声的敏感性、EMI若显著增加，这可能会造成整改系统的失效。
反射信号产生的主要原因：过长的布线、未进行阻抗匹配的接收端、未进行阻抗匹配的传输线（由于过量电容、电感的阻抗失配）信号延时信号在逻辑电平的高、低门限之间变化时，信号迟滞不跳变。
过多的信号延时可能导致时序错误和元器件功能混乱，通常在多个接收端时会出现问题。
信号延时产生的主要原因：驱动过载、布线过长信号电平错误信号的振荡发生在逻辑电平门限附近，在跳变的过程中可能多次跨越逻辑电平门限，导致逻辑功能紊乱。
信号过冲与下冲布线太长或信号变化太快都可以导致过冲与下冲发生，虽然大多数芯片器件接收端有输入保护二极管，但有时这些过冲电平会远远超过器件的电压范围，导致器件损坏。
信号串扰在一根信号线上有信号通过时，与之相邻的信号线上会感应出相关信号，异步信号和时钟信号更容易产生串扰。
解决串扰的方法：移开发生串扰的信号或屏蔽被严重干扰的信号。
信号距离地平面越近，或者加大线间距，都可以减少串扰的发生。
电磁辐射电流流过导体会产生磁场。
第3章传输线理论
12
1 ( 2 L0C0 R0G0 ) ( R0 2 2 L0 2 )(G0 2 2C02 ) 2
U 0 j z I ( z ) I ( z ) I 0 e j z e Zc 电压、电流处处同相，其相位随z减小而连续滞后。电压、电 流的振幅值处处相等。此时 Z0 Zc，即终端负载与传输线特性 阻抗相匹配，所以无反射工作状态也称终端匹配状态。且传输 线上任意点的输入阻抗均等于特性阻抗，即
式中A1
A e j1 1
A2 A2 e j2 是待定常数 。 和
Z c 是传输线特性阻抗，具有阻抗的量纲
Zc R0 j L0 G0 jC0
j 代入波动方程的解，并写成瞬时表达式
将
u( z, t ) A1 ez cos( t z 1 ) A2 e z cos( t z 2 )
vp
无耗传输线中电压、电流波的相速度是
vp
1 L0C0
传输线中电压波、电流波的相位相差 2 的两个相邻等相 位点的间距就是传输线中的波长 g
g
2
二．传输线的工作状态参数
(1) 电压反射系数 传输线上任意一点处的反射波电压与入射波电压之比定义为 该处的电压反射系数 U ( z) ( z ) U ( z) 对于无耗传输线， j 传输线上电压反射系数又可表示成
i z , t Re[ I z e jt ] 2 cos z I 0 cos t 0
无耗短路线上电压、电流振幅分布及阻抗分布
《高速串行总线信号完整性分析》范文
《高速串行总线信号完整性分析》篇一摘要：本文主要探讨高速串行总线中信号完整性的重要性、影响信号完整性的主要因素及其对系统性能的影响。
通过对信号完整性的深入分析，我们提出了有效的设计策略和改进措施，以提高信号完整性和系统的整体性能。
一、引言随着现代电子技术的发展，高速串行总线已成为数据传输的主要手段。
然而，在高速传输过程中，信号完整性成为一个关键问题。
信号完整性的好坏直接影响到系统的性能和可靠性。
因此，对高速串行总线信号完整性的分析具有重要的实际意义。
二、信号完整性的定义及重要性信号完整性是指信号在传输过程中保持其形状、幅度、时间和相位关系的能力。
在高速串行总线中，由于传输线效应、反射、电磁干扰等的影响，信号完整性可能受到损害，导致系统性能下降，甚至出现错误。
因此，保证信号完整性是提高系统性能和可靠性的关键。
三、影响信号完整性的主要因素1. 传输线效应：传输线效应是高速串行总线中影响信号完整性的主要因素之一。
由于传输线的特性阻抗与驱动器和接收器的阻抗不匹配，会导致反射、振荡等现象，从而影响信号的完整性。
2. 电磁干扰：电磁干扰是另一个影响信号完整性的重要因素。
外部电磁场和电流可能会对传输的信号产生干扰，导致信号失真或衰减。
3. 串扰：串扰是指不同传输线之间的耦合效应，它会导致信号的误读或畸变，从而影响信号的完整性。
四、信号完整性对系统性能的影响信号完整性的好坏直接影响到系统的性能和可靠性。
信号失真或衰减可能导致数据的误读或丢失，从而影响系统的正常工作。
此外，由于反射和振荡等现象，可能会增加系统的噪声和功耗，降低系统的稳定性和可靠性。
五、提高信号完整性的设计策略和改进措施1. 优化传输线设计：通过合理设计传输线的长度、阻抗等参数，以减小传输线效应对信号完整性的影响。
2. 电磁屏蔽：通过合理的电磁屏蔽设计，减小外部电磁场对传输的信号的干扰。
3. 串扰控制：通过优化布线、增加地线层等方式，减小不同传输线之间的耦合效应，从而控制串扰对信号完整性的影响。
传输线理论与分析方法
传输线理论与分析方法传输线是电子系统中常见的一种重要组成部分，它用于在电路之间传输信号或能量。
在现代通信和电子设备中，传输线的理论和分析方法具有重要的意义。
本文将介绍传输线理论的基本原理和常用的分析方法。
一、传输线的基本原理传输线是由两个或多个导体构成的电路连接线路。
它们可以是导线、导轨、传感器等，常见的传输线包括同轴电缆和微带线。
传输线的特性主要由电线的参数以及介质参数决定。
其中，导线的电阻、电感和电容对信号的传输和衰减起着重要的作用，而介质的介电常数和介电损耗则影响着信号的传播速度和衰减程度。
传输线理论的基本原理是基于麦克斯韦方程组，其中包括麦克斯韦方程和电流连续性方程。
通过对麦克斯韦方程组进行适当的变换和处理，可以得到传输线上的电压和电流之间的关系，并进一步分析传输线的特性。
二、传输线的分析方法1. 传输线的参数测量为了准确地分析和设计传输线，首先需要测量传输线的参数。
传输线的重要参数包括特性阻抗、波速和传播常数等。
特性阻抗是指传输线上的单位长度阻抗，波速是指电磁波在传输线上的传播速度，传播常数是指电磁波在传输线上沿着传输线方向传播所需的时间。
通过合适的测试仪器和方法，可以准确地测量这些参数。
2. 传输线的传输方程传输线的传输方程用于描述传输线上电压和电流之间的关系。
传输方程是基于传输线上的电压和电流的时域分布特性推导得到的，它是解析传输线性能和响应的重要工具。
传输方程可以通过求解麦克斯韦方程组得到，常见的传输方程有时域传输方程和频域传输方程两种。
3. 传输线的等效电路模型为了方便对传输线进行分析和设计，可以使用等效电路模型来简化传输线的复杂性。
常见的传输线等效电路模型有lumped模型和distributed模型。
lumped模型将传输线视为集中元件，其中的电阻、电感和电容等参数可以简化为一个等效元件。
distributed模型则将传输线视为无限个微元件组成的网络，可以更精确地描述传输线的行为。
电磁场课件第二章传输线的基本理论
1正弦时变条件下传输线方程
令信源角频率已知 ，线上的电压、电流皆为正弦时变规律（或称为谐变），这样具有普遍性意义。
2 方程的通解
典型波动方程的解 传播常数和波阻抗
3 已知信源端电压和电流时的解
求待定系数
边界条件
解的具体形式
用到的数学公式
4 已知负载端电压和电流时的解
边界条件 求待定系数
信号各频率成分的幅值传输过程中无变化（衰减常数）。
均匀无损耗传输线无频率失真，即为无色散系统。
一般情况，衰减常数及相移常数与频率关系复杂，是色散系统。
均匀无损耗传输特性
行波，没有反射波
驻波，反射波和入射波振幅相同
混合波
相向两列行波叠加结果
3 传输线上任一位置处的输入阻抗
传输线上任一位置处的输入阻抗定义为该点电压和电流的比值。
传输线是用以传输电磁波信息和能量的各种形式的传输系统的总称。
微波传输线是用以传输微波信息和能量的各种形式的传输系统的总称，它的作用是引导电磁波沿一定方向传输, 因此又称为导波系统, 其所导引的电磁波被称为导行波。
一、传输线的概念
1
一般将截面尺寸、形状、媒质分布、材料及边界条件均不变的导波系统称为规则导波系统, 又称为均匀传输线。
考察点位置，实际上和传输线长度有关，
在线电磁波的频率，
外接负载阻抗的阻抗，
传输线的波阻抗（特征阻抗）。
输入阻抗决定因素
输入阻抗和传输线相对长度关系
四分之一波长线：阻抗变换性 二分之一波长线：阻抗不变性 是无损耗传输线的一个重要特性
例2–1 均匀无损耗传输线的波阻抗75Ω，终端接50Ω纯阻负载，求距负载端0.25λ、0.5λ位置处的输入阻抗。若信源频率分别为50MHz、100MHz，求计算输入阻抗点的具体位置。
第2章传输线理论
在交变电场作用下，电介质内流过的电流相量和电压相量 之间的夹角(功率因数角Φ)的余角(δ) 简称介损角。
介质损耗角正切值，简称介损角正切。介质损耗因数的定 义如下:
介 质 损 耗 因 数 ( t g ) = 被 被 测 测 试 试 品 品 的 的 无 有 功 功 功 功 率 率 Q P 1 0 0 %
第2章 传输线理论
2.3 传输线基本理论
频率的提高意味着波长的减少，当波长可以与分立元件 的几何尺寸相比拟的时候，电压和电流不再保持空间的不 变，这时必须把它看作空间传输的波。
基尔霍夫电压和电流定律都没有考虑到电压和电流的空 间变化。
本章主要概述由集总电路向分布电路表示法过渡的物理 前提。
第2章 传输线理论
低频时,电容器可以看成平行板结构
CdA0r
A d
A是极板面积,d表示极板间距离,ε=ε0εr为极板填充介质的 介电常数。
理想状态下,极板间介质中没有电流。
在射频/微波频率下,在介质内部存在传导电流,因此存 在传导电流引起的损耗；
介质中的带电粒子具有一定的质量 和惯性,在电磁场的作用下,很难随之同步振荡,在时间上有 滞后现象,也会引起对能量的损耗。
1 02
1
Z
Ge jC
1 01
实际电容
| Z | /,
1 00
Ge
d A
d
d
A
t ans
1 0－ 1
C
t ans
1
0－
2
1 08
理想电容
1 09 f / Hz
1 01 0
1 01 1
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传输线效应详解
传输线效应详解
基于上述定义的传输线模型，归纳起来，传输线会对整个电路设计带来以下效应。
• 反射信号Reflected signals
• 延时和时序错误Delay & TIming errors
• 多次跨越逻辑电平门限错误False Switching
• 过冲与下冲Overshoot/Undershoot
• 串扰Induced Noise (or crosstalk)
• 电磁辐射EMI radiaTIon
5.1 反射信号
如果一根走线没有被正确终结(终端匹配)，那幺来自于驱动端的信号脉冲在接收端被反射，从而引发不预期效应，使信号轮廓失真。
当失真变形非常显着时可导致多种错误，引起设计失败。
同时，失真变形的信号对噪声的敏感性增加了，也会引起设计失败。
如果上述情况没有被足够考虑，EMI 将显着增加，这就不单单影响自身设计结果，还会造成整个系统的失败。
反射信号产生的主要原因：过长的走线；未被匹配终结的传输线，过量电容或电感以及阻抗失配。
5.2 延时和时序错误
信号延时和时序错误表现为：信号在逻辑电平的高与低门限之间变化。