3-3-5 阻抗因传输线路而变化
(1) 什么让阻抗出现变化?

从传输线的角度而言,信号线的另一个重要特性在于通过信号线的负载阻抗与阻抗本身完全不同。

例如,在连接至图3-3-1所示20cm长信号线的数字IC的输出终端,阻抗是多少?为找出答案,连接一个电阻器(10Ω: 紫色,1000Ω: 蓝色)、一个电容器(5pF: 绿色)和一个电感器(50nH: 红色)作为负载(如图3-3-13所示),并测量阻抗。如果数字IC如图3-3-1所示连接到终端端口,阻抗可能接近于电容器(5pF)的阻抗。

图3-3-14指出了计算模型。(a)表示不考虑信号线的情形,而(b)显示通过传输线路测量的情形。此外,(c)给出了按照第3章的章节3-2所述以线路模拟单级LC电路的情形,仅供您参考。

计算结果如图3-3-15所示。情形(a)(未考虑信号线)指出不考虑电阻器情况下的恒定值。电感器和电容器分别显示出与频率成正比/反比的阻抗。

(2) 阻抗因传输线路而振荡

相反,情形(b)(考虑传输线路)在10MHz频率以上比(a)中的差异大,在100MHz频率以上表现出复杂的波动情况。仔细观察就会发现,阻抗似乎以信号线的特性阻抗(该示例中为123Ω)为中心,在其附近振荡。

如上所述,纵观整条传输线路,阻抗在高频范围内似乎存在显著差异。尽管图3-3-15仅显示了阻抗的振幅,但其相位也发生了变化。因此,根据不同频率,电感器可能类似于电容器,而电容器可能类似于电感器。(在某些情况下,利用这样的特性,传输线路可以用作阻抗变换器或者用于阻抗匹配。)

Impedance observed from the output terminal of digital circuit

图3-3-13 从数字电路输出终端观察到的阻抗

Calculation model

图3-3-14 计算模型

Impedance comparison

图3-3-15 阻抗对比

(3) 入射波和反射波之间的相位差导致阻抗变化

在图3-3-15(b)的计算结果中,连接5pF电容器的情形(绿线)表现出的特征相对接近使用数字电路作为负载的情形。计算结果表明100MHz到200MHz之间存在局部超大阻抗。在200MHz以上频率范围内,阻抗交替出现局部超高点和局部较低点,呈现出周期变化。阻抗的局部较低点和下一个局部较低点之间的频率间隔等于使导线长度为二分之一波长的频率。如上所述,传输线的态势与导线长度和波长之间的关系有着密切的关联。

(4) 注意导致局部超小阻抗的频率处的噪声

因为导致局部超小阻抗的频率容许很大的电流,所以需要特别注意EMC措施。脉冲波形可能导致振铃或者可能发射很强的噪声。


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