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[转帖]特性阻抗之诠释与测试

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安防中学生

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发表于 2006-12-29 23:31:43 | 显示全部楼层 |阅读模式

) x* `& O; s! o+ ~; L2 U+ V
! K9 ]) Q6 C3 b( I4 {一. 前言  
& N0 `% W! o' G8 ^
. M9 ~8 W* a' s% \2 `8 F抽象又复杂的数字高速逻辑原理,与传输线中方波讯号的如何传送, 以及如何确保其讯号完整性(Signal Integrity),降低其噪声(Noise)减少之误动作等专业表达,若能以简单的生活实例加以说明,而非动则搬来一堆数学公式与难懂的物理语言者,则对新手或隔行者之启迪与造福,实有事半功倍举重若轻之受用也。
  然而,众多本科专业者,甚至杏坛为师的博士教授们,不知是否尚未真正进入情况不知其所以然?亦或是刻意卖弄所知以慑服受教者则不得而知,或是二者心态兼有之!坊间大量书籍期刊文章,多半也都言不及义缺图少例,确实让人雾里看花,看懂了反倒奇怪呢!
3 K5 u) ~' u. L% W( |" ~. E2 G  
* i+ e! w/ J5 m, C8 t8 x; D二 .将讯号的传输看成软管送水浇花

( r! l% A$ L0 ?7 h1 @5 b2.1 数字系统之多层板讯号线(Signal Line)中,当出现方波讯号的传输时,可将之假想成为软管(hose)送水浇花。一端于手握处加压使其射出水柱,另一端接在水龙头。当握管处所施压的力道恰好,而让水柱的射程正确洒落在目标区时,则施与受两者皆欢而顺利完成使命,岂非一种得心应手的小小成就?

; ~. [! b6 L Q2 n2 J0 i 2.2 然而一旦用力过度水注射程太远,不但腾空越过目标浪费水资源,甚至还可能因强力水压无处宣泄,以致往来源反弹造成软管自龙头上的挣脱!不仅任务失败横生挫折,而且还大捅纰漏满脸豆花呢!

" B" R; O: l/ Y# K1 H. g. I7 c2.3 反之,当握处之挤压不足以致射程太近者,则照样得不到想要的结果。过犹不及皆非所欲,唯有恰到好处才能正中下怀皆大欢喜。

+ H5 V" I k7 n" m3 s9 Y5 I- z 2.4 上述简单的生活细节,正可用以说明方波(Square Wave)讯号(Signal)在多层板传输线(Transmission Line,系由讯号线、介质层、及接地层三者所共同组成)中所进行的快速传送。此时可将传输线(常见者有同轴电缆Coaxial Cable,与微带线Microstrip Line或带线Strip Line等)看成软管,而握管处所施加的压力,就好比板面上“接受端”(Receiver)组件所并联到Gnd的电阻器一般(是五种终端技术之一,请另见TPCA会刊第13期“内嵌式电阻器之发展”一文之详细说明),可用以调节其终点的特性阻抗(Characteristic Impedance),使匹配接受端组件内部的需求。

4 r: I* i; u# [* ]" ]三. 传输线之终端控管技术(Termination)

$ @5 i- k' s8 j8 s3 {6 s 3.1 由上可知当“讯号”在传输线中飞驰旅行而到达终点,欲进入接受组件(如CPU或Menomery等大小不同的IC)中工作时,则该讯号线本身所具备的“特性阻抗”,必须要与终端组件内部的电子阻抗相互匹配才行,如此才不致任务失败白忙一场。用术语说就是“正确执行指令,减少噪声干扰,避免错误动作”。一旦彼此未能匹配时,则必将会有少许能量回头朝向“发送端”反弹,进而形成反射噪声(Noise)的烦恼。

$ j4 s) K) ?( c! u$ z8 k& l

% [* o' ?* ?8 w' G7 G 3.2 当传输线本身的特性阻抗(Z0)被设计者订定为28ohm时,则终端控管的接地的电阻器(Zt)也必须是28ohm,如此才能协助传输线对Z0的保持,使整体得以稳定在28 ohm的设计数值。也唯有在此种Z0=Zt的匹配情形下,讯号的传输才会最具效率,其“讯号完整性”(Signal Integrity,为讯号品质之专用术语)也才最好。

6 m2 h- U9 N2 x& _' R 四.特性阻抗(Characteristic Impedance)

6 T. B) z" M% l+ [4.1 当某讯号方波,在传输线组合体的讯号线中,以高准位(High Level)的正压讯号向前推进时,则距其最近的参考层(如接地层)中,理论上必有被该电场所感应出来的负压讯号伴随前行(等于正压讯号反向的回归路径Return Path),如此将可完成整体性的回路(Loop)系统。该“讯号”前行中若将其飞行时间暂短加以冻结,即可想象其所遭受到来自讯号线、介质层与参考层等所共同呈现的瞬间阻抗值(Instantanious Impedance),此即所谓的“特性阻抗”。  是故该“特性阻抗”应与讯号线之线宽(w)、线厚(t)、介质厚度(h)与介质常数(Dk)都扯上了关系。此种传输线之一的微带线其图标与计算公式如下:【笔者注】Dk(Dielectric Constant)之正确译词应为介质常数,原文中之...r其实应称做“相对容电率”(Relative Permitivity )才对。后者是从平行金属板电容器的立场看事情。由于其更接近事实,因而近年来许多重要规范(如IPC-6012、IPC-4101、IPC-2141与IEC-326)等都已改称为... r了。且原图中的E并不正确,应为希腊字母 (Episolon)才对。

7 d0 `2 o; c. A: }. Z

- b# j1 x# I0 s- u, H% Z4 j4.2 阻抗匹配不良的后果  由于高频讯号的“特性阻抗”(Z0)原词甚长,故一般均简称之为“阻抗”。读者千万要小心,此与低频AC交流电(60Hz)其电线(并非传输线)中,所出现的阻抗值(Z)并不完全相同。数字系统当整条传输线的Z0都能管理妥善,而控制在某一范围内(±10﹪或 ±5﹪)者,此品质良好的传输线,将可使得噪声减少而误动作也可避免。  但当上述微带线中Z0的四种变量(w、t、h、 r)有任一项发生异常,例如图中的讯号线出现缺口时,将使得原来的Z0突然上升(见上述公式中之Z0与W成反比的事实),而无法继续维持应有的稳定均匀(Continuous)时,则其讯号的能量必然会发生部分前进,而部分却反弹反射的缺失。如此将无
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发表于 2006-12-30 00:36:43 | 显示全部楼层

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如此好的东西只有在这里找的到...真是太好了.....感谢深圳煜泰鹏丽科技
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安防小学生

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发表于 2006-12-31 17:52:38 | 显示全部楼层

re:文章是好文章,但是读起来感觉比较费劲,...

文章是好文章,但是读起来感觉比较费劲,
2 _8 ^" x8 T* ^! ?) Y i7 ~呵呵
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安防中学生

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发表于 2006-12-31 20:58:52 | 显示全部楼层

re:jie zhe ding

jie zhe ding
【渴望知识  虚心请教  专心学习】 ※☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆※ ☆EMAL: psf2003@126.com ☆ ☆QQ: 649117170 ☆ ☆MSN: psf2003@hotmail.com ☆ ☆MSN群: p_sf2008@hotmail.com ☆ ※☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆※
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智能通

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发表于 2007-1-10 15:53:59 | 显示全部楼层

re:希望能见到更多的好文章,谢谢!

希望能见到更多的好文章,谢谢!
请多多发帖&交流,谢谢!
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安防工作者

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发表于 2007-1-10 17:21:53 | 显示全部楼层

re:好帖!

好帖!
海纳百川有容乃大,壁立千仞无欲则刚
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安防幼儿园学生

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发表于 2007-2-2 00:48:06 | 显示全部楼层

re:学习了`弄下来慢慢研究~~

学习了`弄下来慢慢研究~~
深圳安防人:鲍洱 http://illduck.bokee.com http://hi.baidu.com/illduck 电话:13590294971 邮箱:illduck@163.com
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