現(xiàn)代電子技術(shù)

1、現(xiàn)代電子技術(shù)第六章傳輸線定義：傳輸線是由兩條有一定長度的導(dǎo)線組成，一條為信號路徑，一條為返回路徑。如同軸電 纜、雙絞線、PCB線條等。傳輸線的作用就是把信號從一端傳輸?shù)搅硪欢?。傳輸線的兩個重要特征：特性阻抗和時延。第一節(jié)傳輸線的物理基礎(chǔ)一、信號的路徑當(dāng)信號沿傳輸線傳輸時，它同時使用了信號路徑和返回路徑，所以兩條路徑同樣重要。當(dāng)兩條線一樣時，如雙絞線，信號路徑與返回路徑?jīng)]有嚴(yán)格的區(qū)分，可以任意指定一條為信號 路徑，另一條為返回路徑；當(dāng)兩條導(dǎo)線不相同，如同軸電纜，則通常把較窄的那條叫信號路徑， 把較寬的稱為返回路徑。二、均勻傳輸線均勻傳輸線如果導(dǎo)線上任何一處的橫截面都相同，則稱這種傳輸線為均勻傳輸

2、線，也稱為可控阻抗傳輸線。 如果傳輸線是均勻的或者有可控阻抗的，那么反射就會減小，信號的質(zhì)量就會更優(yōu)，因此所有 的高速互聯(lián)線都必須設(shè)計成均勻傳輸線。如果在整條導(dǎo)線上幾何結(jié)構(gòu)或材料屬性發(fā)生變化，傳輸線就是不均勻的。如，兩導(dǎo)線的間距是 變化的，那么它就是非均勻傳輸線。非均勻傳輸線走線應(yīng)該盡量短。平衡傳輸線根據(jù)傳輸線的集合參數(shù)（兩條導(dǎo)線的相似程度），如果兩條導(dǎo)線的形狀和大小都一樣（即對稱） 則稱為平衡傳輸線。如，雙絞線是平衡傳輸線，同軸電纜為非平衡傳輸線。一般來說，平衡還是非平衡傳輸線對信號的質(zhì)量和串?dāng)_沒有影響，但返回路徑的結(jié)構(gòu)將嚴(yán)重影 響地彈和電磁干擾問題。三、銅中的電子速度信號在傳輸線上的傳播速

3、度有多快？是否決定于傳輸線中的電子的速度？是否通過減小互連線 上的電阻可以提高信號的傳播速度？設(shè)一導(dǎo)線直徑為1mm，流過的電流為1A，根據(jù)每秒鐘通過橫截面的電子數(shù)、導(dǎo)線中的電子密 度和導(dǎo)線的橫截面積可以計算出導(dǎo)線中電子的速度。導(dǎo)線中的電流為：I AQ q x n x A x v x Atx x a xAtAtqxnx xv其中I表示導(dǎo)線中的電流（單位安培A），AQ表示時間段內(nèi)流過的電量（單位庫倫C），At表示 時間段（單位秒S），q表示一個電子所帶的電量（1.6X10-19C），n表示自由電子的密度（單位#/m3）， A表示導(dǎo)線橫截面積（單位為m2），v表示導(dǎo)線中電子的速度（單位m/s）。每個

4、銅原子能提供兩個能在導(dǎo)體中運動的自由電子，銅原子之間的距離為1nm，這樣自由電子 的密度n約為1027/m3。對于直徑1mm的導(dǎo)線，橫截面積A約為10-6m2。代入以上數(shù)據(jù)得到導(dǎo)線中的電子速度：1A=101A=10-2 m / s = 1cm / sv =q x n x A 10-19 x 1027 x 10-6這相當(dāng)于螞蟻在地上爬的速度?？梢?，導(dǎo)體中的電子速度與信號的速度沒有任何關(guān)系，同樣，導(dǎo)線的電阻對傳輸線上信號的傳 播速度也幾乎沒有任何影響，也就是說，低電阻并不意味著信號的速度快。四、傳輸線上的信號諫度導(dǎo)線周圍的材料、信號在傳輸線導(dǎo)體周圍空間形成的交變電磁場的建立速度和傳播速度，三者 共

5、同決定了信號的傳播速度。信號就是信號路徑與返回路徑之間的電壓差。當(dāng)信號在傳輸線上傳播時，兩導(dǎo)線之間就會產(chǎn)生 電壓，二這個電壓又使兩導(dǎo)線之間產(chǎn)生電場。除了電壓之外，電流必須在信號路徑和返回路徑 上流動，這樣使兩導(dǎo)線帶上了電荷并產(chǎn)生電壓差，繼而建立了電場，而兩導(dǎo)體間的電流回路產(chǎn) 生磁場。把電池的兩端分別接到信號路徑和返回路徑上，就能把信號加到傳輸線上，突變的電壓產(chǎn)生突 變的電場和磁場，這種場鏈在傳輸線周圍的介質(zhì)材料中以變化電磁場的速度(即光速)傳播。 實際上，電場和磁場建立的快慢決定了信號的速度，也就是說，只要電場和磁場在變化，由此 形成的鉸鏈電磁場就向外傳播，它的速度取決于一些常量和材料特性。電

6、磁場的變化速度或場鏈的速度v由下式得到：1v =:=-.-8 & u u0 r 0 r其中，表示自由空間介電常數(shù)，值為8.89x10-12F/m，氣表示材料的相對介電常數(shù)，將表示自 由空間的導(dǎo)磁率，其職為4nx10-7H/m，隊表示材料的相對導(dǎo)磁率，代入上式得112 inv =，=-. 8 8 u u K u ns0 r 0 rr r*空氣中相對介電常數(shù)氣和相對導(dǎo)磁率隊都為1，所以光的速度為12in/ns。(in:英寸) 由于幾乎所有互連材料的相對導(dǎo)磁率都為1，因此，導(dǎo)磁率這一項可以忽略；除了空氣，其他 互連材料的介電常數(shù)都大于1，因此v = 12 in r絕大多數(shù)聚合物介電常數(shù)約為4,玻璃約

7、為6,陶瓷約為10。某些材料的介電常數(shù)會隨信號頻率的變化而變化，一般介電常數(shù)會隨頻率升高而減小，也就是 說，信號速度會隨頻率升高而提高。如FR4的介電常數(shù)在4.04.5之間變化，這樣，電路板中 互連線的信號速度為(12in/ns) /sqr t(4)=6in/ns。.,、. 一_Len時延與互連線長度的關(guān)系為：tD =v其中，TD表示時延，單位為ns, Len表示互連線長度，單位為英寸in, v表示信號速度，單位 為in/ns，這說明，當(dāng)信號在FR4上長為6in的互連線中傳輸時，時延約為6in/（6in/ns）=1ns，如 果傳輸線長為12in，時延為2ns。（1 inch英寸=25.4 mi

8、llimetres毫米）連線時延（單位：ps皮秒），即每英寸長度互連線時延的ps數(shù)（也就是速度的倒數(shù)1/v），也是 一個很有用的度量單位。如，對FR4，連線時延約為1/6in/ns=0.166ns/in=166ps/in。而、前沿的空間延伸每個信號都有一個上升時間RT，通常表示電壓從最大電壓的10%上升到90%時的時間長度。當(dāng) 信號在傳輸線上傳輸時，前沿就在傳輸線上拓展開來，呈現(xiàn)出空間上的延伸。傳輸線在上升時間內(nèi)的長度d，取決于信號的傳輸速度和上升時間：d = RT x v其中d表示上升時間的空間延伸，單位in，RT表示信號的上升時間，單位ns，v表示信號速度， 單位in/ns。如，信號速度6

9、in/ns，上升時間1ns，那么前沿的空間延伸就為6in/nsX 1ns=6in。六、信號在傳輸線中的前進取傳輸線10ft （1ft foot英尺=12in inches英寸），在傳輸線兩端用電池加電壓1V，設(shè)信號路徑 與返回路徑介質(zhì)為空氣，此時信號的速度為12in/ns=1ft/ns，設(shè)信號以1ns為單位步長前行，第 1ns后，傳輸線第1ft內(nèi)的信號電壓為1V，其他地方都為0；第2ns后，信號又前行了 1ft（12in）， 此時線上2ft內(nèi)的信號電壓變?yōu)?V，兩導(dǎo)線之間存在極性相反而電量相等的電荷。信號傳播方向+ + + +信號每走一步，來自信號的電荷就會使1ft的導(dǎo)線帶上電，這些電荷來自電

10、池。信號在導(dǎo)線上傳 播說明信號路徑與返回路徑之間的電容在不停地充電。如果信號在傳輸線上勻速傳輸，傳輸線 是均勻的，則每一步注入到導(dǎo)線的電量也是相等的，即單位時間從信號源得到的電量相等，為 一常量。假如信號在導(dǎo)線上勻速行走時，信號路徑的寬度增加了（導(dǎo)線變粗）那么要充電的電容量就增 加了，則每步注入導(dǎo)線的電量也會增加，反之，寬度減小，則注入導(dǎo)線的電量也會減少。同理，假如導(dǎo)線上單位長度的電容不變，信號速度增加，那么每ns就能使更長的導(dǎo)線帶電，需 要的電流也會增加。因此，單位時間內(nèi)注入的電量（即電流）與單位長度的電容和信號的速度成比例：I = v x CL其中，I表示單位時間注入的電流，v表示信號速度

11、，CL表示單位長度電容。當(dāng)信號在傳輸線上前進時，會遇到導(dǎo)線的阻抗，定義為元件兩端電壓與電流的比值。其中信號電壓由信號源決定，而電流的大小則取決于單位長度電容和電容充電時間，只要信號速度恒定， 單位長度電容恒定，則單位時間注入導(dǎo)線的電流就恒定，信號受到的阻抗就恒定。如果昱線寬度增加，則單位長度電容增加，單位時間內(nèi)注入導(dǎo)線的電流就會增加，由于電壓不 變，因此傳輸線上信號受到的阻抗就減小了，相反，如果導(dǎo)線寬度減小，則單位長度電容減小， 電流就會減小，傳輸線上信號受到的阻抗就增加。把信號每步受到的阻抗稱為傳輸線的瞬態(tài)阻抗。瞬態(tài)阻抗取決于信號速度（實際是介質(zhì)材料特 性）和單位長度電容。對于均勻傳輸線，沿

12、線橫截面積不變，信號受到的瞬態(tài)阻抗也是恒定的。信號與傳輸線相互作用的一個重要特征：當(dāng)信號遇到瞬態(tài)阻抗變化時，一部分信號被反射，一部分更加失真，信號完整性會受到破 壞。因此，需要對信號受到的瞬態(tài)阻抗加以控制，減少反射問題：保持導(dǎo)線的幾何結(jié)構(gòu)不變，從而 使信號受到的瞬態(tài)阻抗保持不變，這就是可控阻抗互連線或保持沿線的瞬態(tài)阻抗不變的意義。七、傳輸線的瞬態(tài)阻抗Ax傳輸線零階模型：線模型由一排小電容器組成，其值等于傳輸線一跨度的電容量（也就是信號 每步的間隔，定義為單位時間信號的前進距離）。步長為 x，每個小電容的大小就是傳輸線單位長度電容量CL與步長 x的乘積：C=ClXA x 則單位時間間隔乙t （也

13、就是步長距離內(nèi)）內(nèi)注入到電容上的電量：Q=CXV （電容乘以兩端的 電壓V）CVC AxvVl = C vVv表示信號速度，V表示信單位時間 t等于步長乙xCVC AxvVl = C vVv表示信號速度，V表示信則單位時間間隔小t內(nèi)信號注入導(dǎo)線的電流I: I = Q At Ax/v其中Q表示每步電量，C表示每步電容，CL表示單位長度電容量號電壓， x表示步長（電容間的跨度）。因此，注入導(dǎo)線上的電流與單位長度電容量、信號諫度、信號電壓有關(guān)?？疾靷鬏斁€上的電流-電壓（I-V）特性可以看到，傳輸線上任何一處的瞬時電流與電壓成正比， 電壓加倍，則電流也加倍，與電阻的特性完全一致。因此，信號在傳輸線上每

14、前進一步，受到 的阻抗就像電阻性負(fù)載一樣。定義瞬態(tài)阻抗等于施加的電壓與流過器件的電流的比值：Z = V = L =翌廠I CV 七 * r其中，Z為瞬態(tài)阻抗，單位Q。所以，信號受到的瞬態(tài)阻抗僅由傳輸線的兩個固有參數(shù)決定，即橫截面積和材料特性（相對介 電常數(shù)）共同決定，與傳輸線的長度無關(guān)。若介電常數(shù)為4,單位長度電容3.3pF/in，則傳輸線的瞬態(tài)阻抗：Z =務(wù)技4 = 50。八、特性阻抗和可控阻抗對于均勻傳輸線，信號在上面?zhèn)鬏敃r，在任何一點受到的瞬態(tài)阻抗都是相同的，這種恒定的瞬態(tài)阻抗，稱為傳輸線的特性阻抗，定義為Z0，單位歐姆Q：83 一 ve C 如果傳輸線是均勻的，那么它就有一個特性阻抗，

15、如果傳輸線的寬度是變化的，那么整條導(dǎo)線 就沒有特性陽.抗。如果沿線的橫截面不變，信號沿互連線傳播時受到的阻抗就是恒定的，也就 是導(dǎo)線的阻抗是可控的，因此，把均勻橫截面?zhèn)鬏斁€稱為可控阻抗傳輸線。如果傳輸線幾何結(jié)構(gòu)和材料特性保持不變，那么傳輸線的特性阻抗就是恒定的，這是用特性阻抗就可以完全描述傳輸線的特性。九、著名的特性阻抗RG58152Q)實驗室中使用的帶有BNC型卡式接插件的通用同軸電纜。RG174150Q)比RG58細(xì)，柔軟性好，用在小空間使電纜彎曲或要求低壓力的的場合。50Q大致是同軸線幾何外形的衰減和可制造型的最佳平衡點，由于使用這個標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)很多， 因此使用這個特性阻抗，儀器間的反射就

16、會減少，信號的質(zhì)量就會提高。另外，特性阻抗越高， 串?dāng)_越嚴(yán)重，反之，特性阻抗越低，串?dāng)_越小。除此之外，50Q就沒什么神秘之處了。RG59175Q)有線電視系統(tǒng)中使用的同軸電纜，比RG58要粗。雙絞線(100130Q)由1826號導(dǎo)線構(gòu)成。自由空間特性阻抗(377。)傳輸線上傳播的信號實際上可以認(rèn)為是一種電磁波(像光一樣)，信號路徑與返回路徑收集并引 導(dǎo)電磁波，如果沒有導(dǎo)線的引導(dǎo)，則電磁波在自由空間中傳播，此時電磁波的電場和磁場就會 受到一個阻抗，稱為自由空間特性阻抗，它與自由空間的導(dǎo)磁率和自由空間介電常數(shù)有關(guān)：Z =:巳=120兀俐 377Q0 ：&0當(dāng)天線的阻抗與自由空間的特性阻抗(377Q

17、 )相匹配時，天線的輻射量是最優(yōu)的。十、傳輸線的阻抗對于50Q的同軸電纜，它的阻抗究竟是多少？如果用歐姆表來測量，讀數(shù)會是多少?在信號的往返時間內(nèi)，測量的結(jié)果為特性阻抗值(50Q)；在信號往返時間之后，根據(jù)傳輸線末端負(fù)載的不同，阻抗可在零到無窮大之間變化。、傳輸線的驅(qū)動、傳輸線的驅(qū)動驅(qū)動器可以模型化為一個高速切換的電壓源和一個源電阻，源電阻通常在560Q之間。R,_R,_source傳輸線Z0由于驅(qū)動源有內(nèi)阻，因此，電流通過源電阻加到傳輸線上時，內(nèi)部有一個壓降，這說明驅(qū)動電 壓沒有完全加到驅(qū)動器的輸出引腳上，即最初加到傳輸線上的電壓為：(Z )Launched output Z。+ Z /so

18、urce 0 ,其中，Vlaunched表示加到傳輸線上的電壓，Voutput表示驅(qū)動器開路時的輸出電壓，Rsource表示驅(qū)動 器輸出源電阻，z0表示傳輸線的特性阻抗0upuSOUrce因此，源電阻很高時，加到傳輸線上的電壓就會很低，為了使初始加到傳輸線上的電壓接近于 初始電壓，驅(qū)動器的輸出源電阻就必須很小。如，傳輸線特性阻抗50Q，源電阻就應(yīng)小于10Q。 十二、返回路徑傳輸線中的電流回路：假設(shè)有一條很長的傳輸線，把遠(yuǎn)端短路，然后把信號加到傳輸線上，則開始的一小段時間內(nèi)， 信號路徑上的電流為一常量，它與信號電壓和傳輸線的特性阻抗有關(guān)。引出的問題：如果電流在回路中流動且必須回到源端，這需要多少

19、時間，是否是電磁波向前傳輸和返回 時間的總和？如果遠(yuǎn)端開路，電流如何返回？回到零階模型：仍然將傳輸線描述為一連串小電容。當(dāng)信號加到傳輸線上時，先經(jīng)過第一個電容，若電容 兩端電壓不變（相當(dāng)于直流），則沒有電流流過電容，當(dāng)信號加到傳輸線時，信號路徑與返 回路徑兩導(dǎo)線之間的電壓迅速升高，正是電壓的前沿經(jīng)過時，電容兩端電壓發(fā)生了變化， 電流流過第一個電容，即，當(dāng)電流流入信號路徑給電容充電時，有相同的電流經(jīng)過電容從 返回路徑流出1）在信號剛加在傳輸線上時，信號還沒有傳到遠(yuǎn)處，它也不知道傳輸線后面的結(jié)構(gòu)如何（開 路還是短路或其他阻抗），電流通過返回路徑流回源端，這僅與瞬時環(huán)境和信號前沿所在的 那一小段傳輸

20、線有關(guān)：2）當(dāng)信號在傳輸線上傳輸時，電流由信號路徑經(jīng)電容流到返回路徑上，最后流回源端，但 要注意，只有在電壓發(fā)生改變的地方，才有電流從信號路徑流到返回路徑中；3）信號傳輸一段時間后，在靠近傳輸線前端的部分，信號是一個常量，沒有電流從信號路 徑流到返回路徑，在信號前沿的前面，由于信號還沒到，信號路徑與返回路徑間也沒有電 流，因此，只有在電壓發(fā)生改變的地方（即信號的前沿）才有電流從電容中流過。因此，當(dāng)信號加在傳輸線上以后，信號以電磁波的形式在傳輸線上傳播，電流也在信號路 徑、電容和返回路徑上流動，這個（瞬時的）電流回路的前端與電壓前沿同時在傳輸線上 佳播，即，信號不僅僅是電壓波前沿，也是沿傳輸線傳

21、播的電流回路，信號受到的阻抗就 是信號電壓與電流的比值。返回電流的分布：1）由于趨膚效應(yīng)，信號電流只分布在導(dǎo)體的表面；2）返回路徑中的電流分布集中在信號路徑的下面，且信號頻率越高，電流分布越集中。當(dāng)頻率增加時，返回路徑上的電流選擇阻抗最低的路徑（對應(yīng)于回路電感最低的路徑）即 返回電流必將盡量靠近信號電流，頻率越高，這種趨勢就越明顯。（*信號路徑上電流分布于線橫截面的兩端，返回路徑上電流則分布于靠近信號路徑的表畫 誦常在頻率高于10MHz時，絕大部分返回電流都直接在信號路徑下面流動，不管信號路徑 是彎曲或者直角拐彎，平面上的返回電流都會跟隨它，這樣，信號回路與返回路徑之間的 回路電感就會保持最小

22、。因此，任何妨礙返回電流靠近信號電流的因素（如返回路徑上有一道裂縫）都會增加回路 電感，并增加傳輸線的瞬態(tài)阻抗，引起信號失真。十三、返回路徑中參考平面的切換電纜往往設(shè)計成返回路徑靠近信號路徑的形式，如同軸線和雙絞線。信號路徑之間有其他平面在PCB板的設(shè)計中，返回路徑通常設(shè)計成平面（如微帶線），有一個平面直接位于信號路徑的下方，這樣返回電流就很清楚了。如果多層板中，信號路徑相鄰的平面不是被驅(qū)動的平面（即 不是返回路徑），情況如何呢？電路的分布總是趨向于減小回路阻抗，在傳輸線的起始端，返回路徑將從第3層底平面耦合到 第2層中間平面，然后又回到第1層的信號路徑，即：信號路徑上的電流在中間平面的上表面

23、感應(yīng)出渦流，底平面的返回電流在中間平面的下表面感 應(yīng)出渦流，這兩個渦流在中間平面上靠近信號電流和返回電流的輸入端那一邊相聯(lián)通。從傳輸線看進去，驅(qū)動器在信號路徑與底平面間的阻抗：設(shè)驅(qū)動器把信號輸入到信號路徑和返回路徑上，中間平面懸空，這是信號受到的阻抗是兩條傳 輸線的串聯(lián)，這兩條傳輸線是：一條由信號路徑和中間平面構(gòu)成，另一條由中間平面與返回路 徑平面構(gòu)成，故信號受到的串聯(lián)阻抗為：疽 Z1-2 + Z2-3兩平面的阻抗2好越小，信號受到的阻抗越接近于Z-2，這說明，如果2好很小，則即使驅(qū)動器 是連接在信號路徑和底平面上，驅(qū)動器受到的阻抗也主要由信號路徑和與它最近的平面構(gòu)成的 傳輸線的阻抗決定，與鄰

24、近平面的的電壓沒有關(guān)系。兩平面之間的特性阻抗可近似為：Z = 377“.廠Q0r w其中Z0表示兩平面之間的特性阻抗，h表示兩平面間介質(zhì)厚度，w表示平面寬度，r表示平面 間材料的介電常數(shù)?？梢?，減小相鄰平面間阻抗，可以通過減小平面間介質(zhì)的厚度來實現(xiàn)，這樣也可以使兩平面緊 密耦合。如，F(xiàn)R4，平面寬度2in，介質(zhì)厚度10mi 1，平面見特性阻抗約為3.8Q，如果介質(zhì)厚度2mil，平 面間的阻抗為0.75Q。當(dāng)平面間的阻抗遠(yuǎn)小于50Q時，與驅(qū)動器直接相連的是哪一個平面并不重要，對阻抗起主導(dǎo)作 用的是與信號路徑距離最近的那個平面。（*1inch 英寸=1000mi1 密爾=25.4mm 毫米，1mi

25、1=0.0254mm，1foot 英尺=12inch=30.48cm）信號路徑在中途轉(zhuǎn)換所在的層信號加在第1層的信號路徑與第2層平面（返回路徑）之間。信號在第1層時，返回電流分布在信號路徑下方第2層的上表面;信號在第4層時，返回電流分布在信號路徑上方第3層的下表面。返回電流從第3層返回到第2層：（1）第2層與第3層的電位相同，由過孔使它們短接（如通孔）：這是返回路徑會通過這個過孔從第3層返回到第2層，返回電流雖然通過過孔時會有一定 的擺動，但是這是通過一個很短的距離，不會造成很大的阻抗突變。因此，如果沒有費用的限制，這種讓最近的參考平面具有相同的的電壓，并使它們在靠近 信號過孔處短接，是最佳的

26、設(shè)計準(zhǔn)則（適用于兩返回路徑之間還有電源層等其他層的情況）。（2）鄰近的參考平面電壓值不相等（如第2層位電壓5V，第3層為0V）電流只能從兩平面之間的電容流過。返回電流從平面的一個表面轉(zhuǎn)換到另一表面上（如從 第3層的下表面流到上表面），并通過兩平面間的電容耦合，電流在兩平面間以介質(zhì)中的光 速擴散開。此時電流在兩平面的內(nèi)表面上擴散開。（返回電流以不斷擴張的圓從信號過孔中 心向外擴散）兩個返回路徑平面構(gòu)成一條傳輸線，返回電流受到的阻抗就是兩平面的瞬態(tài)阻抗。1231234信號返回信號返回電流必須流過這個阻抗，所以返回路徑上會產(chǎn)生壓降。返回路徑上的這一壓降稱為地 彈。返回路徑的阻抗越大，產(chǎn)生的地彈噪聲也

27、越大。因此，設(shè)計返回路徑時，應(yīng)盡量減小返回路徑的阻抗，通常是把參考平面設(shè)計成兩個相鄰 的平面，而且，平面間的介質(zhì)要盡量薄。第二節(jié)傳輸線與反射一、阻抗變化處的反射信號沿傳輸線傳播時，如果所受到的瞬態(tài)阻抗發(fā)生變化，則一部分信號被反射，另一部分發(fā)生 失真并繼續(xù)傳播下去（幅度發(fā)生改變）。設(shè)計傳輸線時，應(yīng)盡可能保持信號受到的阻抗恒定。將瞬態(tài)阻抗發(fā)生改變的地方稱為阻抗突變（或簡稱突變）。反射信號量由瞬態(tài)阻抗的變化量決定。設(shè)第一個區(qū)域瞬態(tài)阻抗是Z，第二個區(qū)域是Z2，則反射 信號與入射信號的幅值之比為：二三二pZ 2 + Z1其中，Vreflected表示反射電壓。Vincident表示入射電壓，p表示反射系

28、數(shù)。可見，兩個區(qū)域的阻抗差異越大，反射信號量就越大。如，1V信號沿特性阻抗50Q的傳輸線 傳播，當(dāng)它進入特性阻抗為75Q的區(qū)域時，反射系數(shù)為（75-50）/（ 75+50）=20%，反射電壓為20% X 1V=0.2V。反射系數(shù)為第二個阻抗與第一個阻抗之差除以兩者之和，這一差值確定了反射系數(shù)的符號。 信號在阻抗突變處將產(chǎn)生另一個波，這第二個波疊加在第一個波上，但方向相反，幅度等于入 射電壓的幅度乘以反射系數(shù)。二、反射形成的原因當(dāng)信號到達瞬態(tài)阻抗不同的兩個區(qū)域交界面時，由于僅有一條傳輸線而沒有分支，因此，從交 界面上分別向兩個區(qū)域的方向看去，電壓和電流都是相同的，即交界面處的電壓和電流應(yīng)具有連續(xù)

29、性。(如果電壓不連續(xù)，則會出現(xiàn)無限大的電場，電流不連續(xù)，會出現(xiàn)無限大的磁場)如果沒有反射電壓，且分界面兩邊的電壓和電流相等，則得到：V=V，I =I，且兩個區(qū)域的特 ，I，1_1UIUJI”， ，2， 1 ，2，性阻抗：Z1=V1/I1，Z2=V2/12，當(dāng)兩個區(qū)域的特之陽.抗不同時，這四個關(guān)系式無法同時成立。因此，區(qū)域1產(chǎn)生了一個反射回源端的電壓，目的是吸收入射信號和傳輸信號之間不匹配的電 壓和電流。區(qū)域1 (ZJ :區(qū)域2 (Z2)信號返回一V入射L : -|一 V傳輸二！、I入射“:4I傳輸!V反射廠:II反射4:入射信號Vinc向分界面?zhèn)鬏敚?jīng)過分界面得到傳輸信號Vtrans繼續(xù)傳播，

30、而穿越分界面的同時產(chǎn) 生了一個新電壓Vref1，這個電壓僅在區(qū)域1中向源端傳播。分界面兩側(cè)電壓相同的條件為:Vinc+ Vref1=Vtrans即傳輸電壓是入射電壓與反射電壓的疊加(反射電壓符號是由分界面兩端的特性阻抗決定的)。在分界面處，區(qū)域1中的入射電流的方向為順時針(中信號的傳播方向決定)，反射電流為逆時一 inc ref1 transZ =V /I ，Z =V /I1 ref1 ref1 2 trans trans針，區(qū)域2中的傳輸電流為順時針，因此分界面兩側(cè)電流相同的條件為：I- I=I. 每個區(qū)域的特性阻抗為該區(qū)域中電壓與電流的比值:Z一 inc ref1 transZ =V /I ，Z =V /I1 ref1 ref1 2 trans trans代入電流表達式中，得到:Vnc1Vref 1z代入電流表達式中，得到:Vnc1Vref 1z1Vtransz2將Vinc+ Vref1=Vtrans代入上式得:Vnc - Vref 1z1z1Vnc + Vef 1z2整理得反射系數(shù):PVf1 = AVncZ 2 + Z1傳輸系數(shù)傳輸系數(shù):t trans 2Vn