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2024/8/71第二章传输线理论(lǐlùn)及其应用2-1 典型的分布参数系统典型的分布参数系统—传输线传输线2-2 传输线的物理模型和电报方程传输线的物理模型和电报方程2-3 无损耗传输线方程解的物理意义无损耗传输线方程解的物理意义 2-4 信号在传输上线上多次反射过程信号在传输上线上多次反射过程(guòchéng)2-5 趋肤效应趋肤效应2-6 实际传输线举例实际传输线举例 2-7 传输线端接方法传输线端接方法2-8 实际应用的一些特殊情况实际应用的一些特殊情况 第1页/共44页第一页，共45页 2024/8/722-6实际(shíjì)传输线举例j 同 轴 电 缆(tónɡ (tónɡ zhóu zhóu diàn diàn lǎn) lǎn) 中间的黑色圆心是内导体，一般由单芯或多芯铜线构成，黑色外圈是外导体，由铜丝网组成，两导体中间是介质材料实际的同轴电缆，其外层(wài (wài cénɡ)cénɡ)导体的外边还有一层绝缘橡胶，主要起保护作用，对同轴电缆的电特性影响不大 同轴电缆是使用非常广泛的一种传输线，最常见的是单芯同轴电缆，它的结构如下图所示，图中给出的是其横截面结构示意图。
单芯同轴电缆实际上是一种双导体线单芯同轴电缆的横截面结构示意图 介质介质外导体外导体内导体内导体 频率响应好，适合于高频信号传输 制作均匀，特性阻抗一致性好 铜丝网构成的外导体通常使用时都接地，因而具有良好的电磁屏蔽，能够消除外界电磁干扰和信号串扰 同轴电缆是性能优良的传输线，其主要优点是：第2页/共44页第二页，共45页 2024/8/73 特性阻抗（内导体(dǎotǐ)(dǎotǐ)与外导体(dǎotǐ)(dǎotǐ)之间）式（2-6-12-6-1）同轴电缆的特性阻抗可以(kěyǐ)(kěyǐ)由下式计算： 式中d2d2是整个电缆的外径，d1d1是内部导体(dǎotǐ)(dǎotǐ)，即内部铜线的直径同轴电缆的特性阻抗一般都是在制作时已确定，常见的特性阻抗有：5050，7575，9393和125125 d2/d1=2d2/d1=5d2/d1=12.5决定决定ZC的两个因素：的两个因素： 介电常数介电常数er 中心导体直径与屏蔽中心导体直径与屏蔽 外壳直径的比值外壳直径的比值: d2/d1单芯同轴电缆的横截面结构示意图 介质介质外导体外导体内导体内导体第3页/共44页第三页，共45页。
2024/8/74 同轴电缆的延迟时间基本上只由同轴电缆的双导体(dǎotǐ)(dǎotǐ)间介质材料的介质常数所决定，下式给出了单位延迟时间具体的描述 当介质材料为聚乙烯(Polyethylene)(Polyethylene)和聚四氟乙烯（TeflonTeflon）时，其介质常数(chángshù)(chángshù)（erer）为2.32.3单位延迟时间约为: td : td 1. 54ns / ft 1. 54ns / ft 实验室常用的50Ω50Ω同轴电缆，一般采用聚乙烯为介质材料，其单位延迟时间大约为td td 5ns/m 5ns/m，（1ft 1ft ＝ 30.48cm 30.48cm ） 式（2-6-22-6-2）延迟时间单芯同轴电缆的横截面结构示意图 介质介质外导体外导体内导体内导体第4页/共44页第四页，共45页 2024/8/75 电缆(diànlǎn)(diànlǎn)的带宽 同轴电缆的上述优点特别适合高速的数字信号传输不同速度的数字电路芯片，对于同轴电缆的带宽(dài (dài kuān)kuān)要求是不一样的。
在选择同轴电缆时，要特别注意电缆的带宽(dài (dài kuān)kuān)指标数字电路输出信号的上升时间和带宽(dài kuān)(dài kuān)的关系可以近似地由下式给出： 式（2-6-32-6-3） 我们可以(kěyǐ)(kěyǐ)用上式分别算出ECL10KECL10K系列、ECL10KHECL10KH系列和ECLinPSECLinPS系列芯片的信号频率注意，上式中的上升时间的定义是10%10% 90%90%，而在ECLECL逻辑中，上升时间的定义是20%20% 80%80%，所以应对上升时间有一个换算如ECLinPSECLinPS电路，其典型的上升时间为400ps400ps，换算到10%10% 90%90%的上升时间为530ps530ps， 则按上式算出的频率带宽为943MHz943MHz所以应用到ECLinPSECLinPS系列芯片的同轴电缆，必须满足其带宽要求943MHz943MHz 同轴电缆具有优良的电特性，当电气性能为系统设计的第一因素时，同轴电缆无疑是最佳的选择 同轴电缆也有其短处，造价高，体积大并且过于笨重。
在构造大系统时就不得不考虑这些因素 第5页/共44页第五页，共45页 2024/8/76 双绞线（Twisted PairTwisted Pair） 考虑到同轴电缆的成本、体积和重量，当频率响应要求不是(bù shi)(bù shi)特别高时，人们往往采用双绞线来代替同轴电缆 双绞线的结构如上图所示，它是由两股相互(xiānghù)(xiānghù)绞在一起的绝缘导线组成一般是用一些标准的线（AWG 24-28AWG 24-28）, , 每英尺绞3030圈构成，大约为每厘米一圈 （a a）双绞线的横截面 （b b）双绞线示意图 双绞线的特点是具有相对好的频率响应和很强的抗干扰能力，这是因为双绞线的使用一般是与差分电路相结合(jiéhé)不同种类的差分电路均有一些驱动器和接收器，如：ECL10K的MC10109，MC10115和MC10116等双绞线与差分电路的结合(jiéhé)，充分利用了差分电路对共模信号的抑制能力，将双绞线上的串扰、外界干扰和噪声都作为共模信号剔除出去，从而保证了双绞线上所传输信号的质量。
MECL10K和MECL10KH系列的ECL差分线接收器电路，正向的共模抑制能力达1V，而负向的共模抑制能力则可达3V（ECL采用负电源供电）ds导体导体介质 双绞线的频率响应虽然不如同轴电缆好，但它的价格却低廉的多这正是双绞线被广泛应用的第二个重要的原因 第6页/共44页第六页，共45页 2024/8/77带屏蔽(píngbì)的双绞线 多组双绞线多组双绞线 总屏蔽总屏蔽(píngbì)第7页/共44页第七页，共45页 2024/8/78 双绞线的特性阻抗(zǔkàng)(zǔkàng)（两线之间的阻抗(zǔkàng)(zǔkàng)）式（2-6-42-6-4）双绞线的特性阻抗可以(kěyǐ)(kěyǐ)由下式计算： 式中：S是两个铜导体中心之间的距离，d是铜线(tónɡ xiàn)的直径s / d = 3s / d = 1.5s / d = 2决定决定ZC的两个因素：的两个因素： 介电常数介电常数 r 导线直径与线间距导线直径与线间距 的比值的比值: S/dds导体导体介质第8页/共44页第八页，共45页。
2024/8/79 双绞线的单位延迟时间计算公式与同轴电缆的相同，可以由式（2-6-22-6-2）计算对于上述的每英尺(yīngchǐ)30(yīngchǐ)30圈的标准双绞线，其特性阻抗为110110 单位延迟时间约为td td 4. 4ns / m 4. 4ns / m ds导体导体介质 双绞线的延迟时间第9页/共44页第九页，共45页 2024/8/710 PCBPCB板微带线（MicrostripMicrostrip) ) 微带线的结构如下图所示其底部是地面层，中间是介质层，最上面是信号连线(lián (lián xiàn)xiàn)信号连线(lián (lián xiàn)xiàn)的宽度为w, w, 高度为t t，也就是常说的覆铜的厚度，介质层厚为h h当连线的宽/ /高比在0.1—2.00.1—2.0之间，介质常数在1--151--15之间时，用上式计算特性阻抗，误差为±5% ±5% 另外，为了减少电场的影响(yǐngxiǎng)(yǐngxiǎng)，使用上式时，应注意地面层的宽度应远大于连线的宽度，至少要比连线的各边沿处都宽出一个连线的宽度。
特性阻抗微带线的特性阻抗可以由下式计算：式（2-6-52-6-5） 微带线的横截面 twh第10页/共44页第十页，共45页 2024/8/711特性阻抗讨论(tǎolùn)(tǎolùn) 上图给出了在几个不同的介质(jièzhì)(jièzhì)层厚度条件下，特性阻抗ZCZC与线宽W W的关系曲线，由图可以看出，连线越宽，特性阻抗越小；并且介质(jièzhì)(jièzhì)层越厚，特性阻抗越大线宽式（2-6-62-6-6）微带线特性阻抗与线宽的关系 介质厚度覆铜厚度第11页/共44页第十一页，共45页 2024/8/712特性阻抗讨论(tǎolùn)(tǎolùn)右边的图给出了连线的分布电容分别(fēnbié)(fēnbié)与线宽和特性阻抗的关系曲线同样从图中的曲线可以看出，连线越宽，分布电容越大，而介质层越厚，分布电容则越小 分布电容与线宽和介质层厚度的关系 w特性阻抗与分布电容的关系Z0注意：右下图中的曲线表明特性阻抗 则随分布电容反变化，这正与 公式相吻合第12页/共44页第十二页，共45页 2024/8/713 微带线的单位(dānwèi)(dānwèi)延迟时间式（2-6-72-6-7）微带线的单位延迟时间可以(kěyǐ)(kěyǐ)由下式计算： 右图给出了传输延迟（t td d）与介质常数e er r的关系曲线。
对于常用的FR4, FR4, 其介质常数约等于4.84.8，所以单位延迟时间为：t td d = 1.77ns/ft = 1.77ns/ft，大约为：t td d = 5.9ns/m = 5.9ns/m 传输延迟与介质常数的关系曲线 注意：这里单位延迟时间也只与介质常数相关，与 微带线的宽度(kuāndù)和厚度无关第13页/共44页第十三页，共45页 2024/8/714 PCBPCB板带状线（Strip Strip Line)Line) 下图给出了一个带状线的结构示意图同双层电路板连线类似(lèi (lèi sì)sì)，多层带状线的线宽和厚度分别由w w和t t表示，上下两层地面层（或电源层）之间的介质厚度由b b表示， 带状线的结构(jiégòu)(jiégòu)示意图 特性阻抗 则带状线的特性阻抗ZC可以由下式计算：式（2-6-82-6-8）第14页/共44页第十四页，共45页 2024/8/715带状线特性阻抗讨论(tǎolùn)(tǎolùn) 右图给出了在几个不同的介质层厚度条件下，特性阻抗Z ZC C与线宽w w的关系曲线，由图可以看出，连线越宽，特性阻抗越小；并且介质层越厚，特性阻抗越大。
带状线特性阻抗与线宽w w的关系曲线 w第15页/共44页第十五页，共45页 2024/8/716带状线特性阻抗讨论(tǎolùn)(tǎolùn)右上图给出了在几个不同的介质(jièzhì)(jièzhì)层厚度条件下，连线分布电容与线宽w w的关系曲线，由图可以看出，带状线连线与介质(jièzhì)(jièzhì)层厚度的关系同微带线是类似的 分布电容与线宽和介质层厚度的关系 w 右下图给出了带状线连线的分布电容与特性阻抗的关系曲线(qūxiàn)情形也与微带状线中的关系是类似的 特性阻抗与分布电容的关系Z0第16页/共44页第十六页，共45页 2024/8/717 带状线的单位(dānwèi)(dānwèi)延迟时间式（2-6-92-6-9） 带状线的单位延迟时间可以(kěyǐ)(kěyǐ)由下式计算： 右右图图给给出出了了传传输输延延迟迟（（t td d））与与介介质质常常数数e er r的的关关系系曲曲线线对对于于常常用用的的FR4, FR4, 其其介介质质常常数数约约等于等于4.74.7，所以单位延迟时间为：，所以单位延迟时间为：t td d= = 2.23ns/ft2.23ns/ft，，大大约约为为 t td d = = 7.42ns/m 7.42ns/m 。
显显然然，，带带状状线线的的传传输输延延迟迟时时间间要要大大于于微微带带线线的的传传输输延延迟迟时时间间因因此此，，若若需需要要较较小小的的传传输输延迟时间，应使用介质常数小的介质材料延迟时间，应使用介质常数小的介质材料带状线传输延迟与介质常数的关系曲线 同微带线一样(yīyàng)，带状线的单位延迟时间td也只与介质常数er相关，与带状线的宽度和厚度无关第17页/共44页第十七页，共45页 2024/8/718 差分(chà fēn)PCB(chà fēn)PCB板连线 与单端信号相比，差分信号的传输具有许多优点: : 差分电路是一种结构对称的电路（互补输出），当逻辑变化时，由电源流入差分电路的电流（即回流到地的电流）几乎不变即电路所需的电源电流基本是恒定的（CMLCML） 地反弹（Ground BounceGround Bounce）噪声最小 差分电路对共模信号有较强的抑制作用，使信号受到噪声和串扰的影响减小 在一定程度上说，差分线中信号的幅度相同，相位相反(xiāngfǎn)(xiāngfǎn)，抵消了对外的辐射，容易满足电磁兼容性的要求。
如下图所示 差分(chà fēn)(chà fēn)线的结构示意图 近十年来，随着数字系统的时钟速率迅速提高，差分信号的使用越来越多，ECL/PECL, LVECL/LVPECL和LVDS技术已在电路设计中广泛使用第18页/共44页第十八页，共45页 2024/8/719差分传输线的基本(jīběn)(jīběn)耦合形式 差分传输线的特性(tèxìng)(tèxìng)，如特性(tèxìng)(tèxìng)阻抗，与差分信号的耦合方式有关差分传输线的基本耦合形式有两种： 边沿耦合（edge couplededge coupled），简称为边耦合； 宽面耦合（broad side coupledbroad side coupled），简称为宽耦合 对两种耦合方式究竟哪一种更好一直在讨论中，各有不同的理由和依据，但所有(suǒyǒu)(suǒyǒu)的设计者都同意，在1-2 1-2 GbpsGbps范围内，这两种耦合方式的差别是不显著的由于沿耦合的工艺相对简单，成本相对低，因而大多数人们更愿意采用沿耦合方式进行设计边沿耦合宽面耦合两种耦合的几何构成第19页/共44页第十九页，共45页。
2024/8/720差分(chà fēn)(chà fēn)传输线边沿耦合的特性阻抗差分传输线边沿耦合结构(jiégòu)(jiégòu)也分两种：微带线类型的边沿耦合结构(jiégòu)(jiégòu)和带状线类型的边沿耦合结构(jiégòu)(jiégòu)两种类型的几何构成如下图所示： 两种类型的边沿耦合的特性阻抗计算由以下的公式给出：微带线类型的边沿耦合结构微带线类型的边沿耦合结构：：带状线类型的边沿耦合结构：这里：ZC指的是单线传输线时的特性阻抗注意：当S<12milS<12mil时，应用0.7480.748代替0.3740.374粗略粗略(cūlüè)的可以记为的可以记为 ZDIFF=2ZC第20页/共44页第二十页，共45页 2024/8/721差分(chà fēn)(chà fēn)传输线宽面耦合的特性阻抗 差分传输线宽面耦合的几何(jǐ hé)(jǐ hé)构成如下图所示：第21页/共44页第二十一页，共45页 2024/8/7222-7传输线端接(duānjiē)方法一. .串联(chuànlián)(chuànlián)匹配 1. 1. 串联匹配原理 串联匹配方法(fāngfǎ)(fāngfǎ)是在驱动门电路输出端与传输线输入端之间串入一个小电阻RSRS，使得RSRS的阻值加上驱动门电路的输出阻抗r0r0阻值等于特性阻抗ZCZC的阻值。
右图显示的是一个ECLECL电路的串联匹配电路，其方法(fāngfǎ)(fāngfǎ)对其他数字逻辑电路也是适用的 其中r0是数字集成门电路的输出阻抗，大约为几 几十 , 如: ECL10KECL10K系列为7 而在终端C C点，由于一般集成门电路的输入阻抗都较高，可看成开路设Z ZC C=75=75 ，门电路为: ECL: ECL10K系列集成电路, , r0为7 7 ，输入阻抗为50K ，则有：R RS S = 75-7 = 68 = 75-7 = 68 RE是下拉电阻，一般应远大于RS串联匹配方法的基本考虑是要求始端匹配所以从B点向A点处看的等效电阻应等于特性阻抗Zc，因此，要求电阻应满足:串联匹配原理图第22页/共44页第二十二页，共45页 2024/8/723串联(chuànlián)匹配的效果串联匹配串联匹配(pǐpèi)后后的波形的波形仿真仿真(fǎnɡ zhēn)测量点测量点第23页/共44页第二十三页，共45页 2024/8/7242.2.串联匹配(pǐpèi)(pǐpèi)的特点 节省功耗 在2T2TD D时间内，其电流I = I = V/2ZV/2ZC C，而在2T2TD D以后的稳态时间中，由于后级电路的输入阻抗很高，相当于开路，可以认为稳态电流很小。
因此，串联匹配电阻只有在2T2TD D内有功耗，稳态时很小 在2T2TD D内的匹配电阻的功耗可以由下式计算： 式（2-7-12-7-1） 匹配简单 只需一个串联(chuànlián)电阻注：每个周期注：每个周期(zhōuqī)有两个有两个边沿边沿式（2-7-22-7-2）考虑周期信号，设信号的重复频率为f，我们有：第24页/共44页第二十四页，共45页 2024/8/725 串联(chuànlián)(chuànlián)匹配的主要缺点是只有终端C C处的信号可以使用，沿线各点的信号由于反射是不能用作正常的逻辑信号的，如图中B B点的电压波形这给串联(chuànlián)(chuànlián)匹配方法的使用带来很大的局限性它主要适用于在终端处集中分布的负载情况，最好是驱动单个负载的情况（即Fanout=1Fanout=1的点对点信号传输） 只适合点到点的信号(xìnhào)传输，始端信号(xìnhào)失真 只有只有(zhǐyǒu)终端信号不失真终端信号不失真, 始端和其它沿线各处均失真始端和其它沿线各处均失真.RS测试测试点点输入方波信号：频率输入方波信号：频率:100MHz; 上升时间上升时间: 0.5ns传输线越长, 失真越严重第25页/共44页第二十五页，共45页。
2024/8/726 附加较大的上升时间 从传输线的任何点（包括终端点）看始端，其等效电阻(diànzǔ)(diànzǔ)均为传输线的特性阻抗若我们设终端的等效电容为C C，则时间常数 = ZC·C = ZC·C因此，由于匹配带来的附加的上升时间为： 相对于并联匹配方法（下面讨论），其时间常数 = =（1/21/2）ZC·CZC·C，串联匹配方法带来较大的上升时间，因而适合于相对较慢的数字电路系统 式（2-7-32-7-3）双向驱动(qū dònɡ)的始端匹配 匹配匹配(pǐpèi)电阻：电阻：r0 + 33Ω = 50 Ω高阻态 驱动端的接收器输入阻抗为高阻；接收端的驱动器必须呈高阻态第26页/共44页第二十六页，共45页 2024/8/727平行(píngxíng)的点到点传输 老技术老技术(jìshù)，现已很少采用现已很少采用思考：思考： （（1）这种技术的缺点是什么？）这种技术的缺点是什么？（（2）如果要实现匹配，）如果要实现匹配，RS应该应该(yīnggāi)是多少？是多少？第27页/共44页第二十七页，共45页。
2024/8/728二.并联(bìnglián)匹配 1.1.并联匹配的原理 并联匹配是最简单，最常用的匹配方法，它是在连线的终端处采用阻值等于传输线特征阻抗的并联电阻进行匹配对于ECLECL电路，并联匹配电阻的另一端接VEEVEE或VTTVTT，该匹配电阻同时起着ECLECL门电路射极下拉电阻的作用对于PECLPECL和COMSCOMS电路，并联匹配电阻的另一端一般接地如下图(a)(a)所示 设一个电压信号被前级电路输出时，其信号波形如下图（b b）的波形A A所示该信号沿传输线传输，经过TDTD时间后到达传输线终端，由于终端负载电阻等于传输线的特性阻抗，反射系数为零，没有反射信号产生图（b b）的波形B B是传输线的终端信号由图可以看出，终端信号只是(zhǐshì)(zhǐshì)一个延迟了TDTD时间的输入信号，在完全匹配的条件下，信号没有反射，因而也没有失真 （a a） (b) (b) 并联(bìnglián)(bìnglián)匹配方法 第28页/共44页第二十八页，共45页。
2024/8/7292.2.并联匹配(pǐpèi)(pǐpèi)的特点 匹配简单 同串联匹配方法一样，并联匹配方法也同样(tóngyàng)简单，只需一个电阻 可用于分布的多负载应用 并联匹配的最大特点是信号的满幅度传输，且沿着传输线各处的波形都一样(yīyàng)(yīyàng)，因此可沿着线放置多个接收门，而在最后一个门电路处（终端）放置并联匹配电阻，进行匹配 式（2-7-42-7-4） 上升时间快 并联匹配方法适合于较快的系统从终端处看，其终端等效的电阻应是终端匹配电阻与传输线特性阻抗的并联所以，其时间常数比串联匹配要小一倍，因而并联匹配方法带来的附加上升时间也要比串联匹配小一倍，可由下式来计算 第29页/共44页第二十九页，共45页 2024/8/7302.2.并联(bìnglián)(bìnglián)匹配的特点(2) (2) 功耗大 并联匹配方法最大的缺点是功耗大，这是因为经过TDTD时间后，并联匹配电阻上始终有一个电流(diànliú)(diànliú)流过对于高、低电平，只是电流(diànliú)(diànliú)的大小有些变化。
由于传输线的特性阻抗都不是很大，一般在几十到一百 的量级这使得并联匹配电阻的阻值比较小，电流(diànliú)(diànliú)就比较大，从而带来了较大的功耗并联匹配的功耗可由下式来计算式（2-7-52-7-5） 对于ECL电路，在小电路系统，功耗问题(wèntí)不突出的情况下，可使用VEE（-5V）作匹配电阻的下拉电源整个ECL系统只用一个电源即可但当连线特性阻抗较小时（100 以下），为了节省功耗，不宜使用VEE作为匹配电阻的下拉电源，应选择VTT = -2V作下拉电源另外，对于较大的系统，为了节省功耗，也应该使用VTT 作为匹配电阻的下拉电源但其代价是多使用一个-2V的VTT电源 对于普通的TTL和CMOS电路，低阻值并联匹配电阻要求高电流驱动，以满足TTL和CMOS的电平需求，对于50 电阻，需要60mA以上的电流，对于普通芯片是非常困难的第30页/共44页第三十页，共45页 2024/8/731三.戴维宁等效(děnɡxiào)并联匹配 1. 1. 原理 为了减少并联匹配方法的功耗，一个可选择的方法是采用戴维宁等效电阻戴维宁等效方法是采用两个电阻，一个接VCCVCC（对ECLECL电路，就是接地(jiēdì)(jiēdì)），另一个接电源VEEVEE，选择适当的阻值，使两个电阻的并联阻值等于传输线的特性阻抗，而其戴维宁等效电压等于VTTVTT，如下图所示。
戴维宁等效方法的优点是整个系统中只使用VEE电源(diànyuán)，并且功耗比使用单个电阻作并联匹配时要小，适合于连线特性阻抗较小（如50 ）的系统 缺点： 多用一倍的电阻 不能用于三态逻辑系列的电路（a a） ECLECL电路的戴维宁并联匹配方法 (b)第31页/共44页第三十一页，共45页 2024/8/732戴维宁等效电路参数(cānshù) (cānshù) 使用戴维宁等效原理，图（a a）的电路可用图（b b）中的等效电路所替代，其中： （a a） (b) (b) ECL ECL电路的戴维宁并联(bìnglián)(bìnglián)匹配方法 因为要使用两倍的电阻，所以戴维宁方式也只是适合小规模电路可以因为要使用两倍的电阻，所以戴维宁方式也只是适合小规模电路可以(kěyǐ)省一路省一路VTT电源，对于大规模电路多加一路电源要比多一倍电阻更合适些。
电源，对于大规模电路多加一路电源要比多一倍电阻更合适些第32页/共44页第三十二页，共45页 2024/8/733表2-6-1 ECL2-6-1 ECL戴维宁等效(děnɡ xiào)(děnɡ xiào)电阻阻值 第33页/共44页第三十三页，共45页 2024/8/734TTL/CMOS电路终端(zhōnɡduān)并联匹配的戴维宁等效 两个电阻的并联等效电阻应等于传输线特性阻抗两个电阻的并联等效电阻应等于传输线特性阻抗ZC，（，（R1 // R2 =ZC）） 高电平状态时的输出高电平状态时的输出(shūchū)电流大小不能超过电流大小不能超过IOHmax（（ISource）） 低电平状态时的输出低电平状态时的输出(shūchū)电流大小不能超过电流大小不能超过IOLmax（（ISink））ISinkISource Idriver = I1 - I2Totem Pole低电平高电平Totem Pole流入电流为正，流出电流为负流入电流为正，流出电流为负VCC)(VCC)终端并联匹配的戴维宁等效第34页/共44页第三十四页，共45页 2024/8/735戴维宁等效电阻(diànzǔ)的计算 两个电阻的并联两个电阻的并联(bìnglián)等效电阻应等于传输线特性阻抗等效电阻应等于传输线特性阻抗ZC，（，（R1 // R2 =ZC）） 高电平状态时的输出电流大小不能超过高电平状态时的输出电流大小不能超过IOHmax（（ISource）） 低电平状态时的输出电流大小不能超过低电平状态时的输出电流大小不能超过IOLmax（（ISink）） Idriver = I1 - I2约束条件1要求(yāoqiú)： Y1 + Y2 = 1/ZC约束条件3要求：约束条件2要求：(VCC)(VCC)第35页/共44页第三十五页，共45页。
2024/8/736例1：74HC11000与非门 电源电压电源电压(diànyā)：：5.5V 最差情况（最差情况（10%偏差）高电平高电平低电平低电平 100 ，可以驱动(qū dònɡ) 65 无法驱动(qū dònɡ)第36页/共44页第三十六页，共45页 2024/8/737戴维宁等效电路电阻(diànzǔ)选择 两个电阻的并联两个电阻的并联(bìnglián)等效电阻应等于传输线特性阻抗等效电阻应等于传输线特性阻抗ZC，（，（120 // 91 50 ）） 3.3V在两个电阻上的分压，即其直流工作点应等于在两个电阻上的分压，即其直流工作点应等于TTL的阈值电平（的阈值电平（1.4V）第37页/共44页第三十七页，共45页 2024/8/7383.3/5V系列(xìliè)的戴维宁等效电阻第38页/共44页第三十八页，共45页 2024/8/739四. .交流(jiāoliú)(jiāoliú)并联匹配 1.1.交流并联匹配原理 交流匹配也可以称为RCRC串联网络匹配这也是一种终端并联匹配方法，其原理如下图所示。
RCRC串联网络匹配是在终端处用一个电容和一个电阻的串联对传输线的特性阻抗进行匹配其最大的特点是利用串联的电容割断信号直流成分的信道，减少匹配阻抗对前级电路的驱动要求 这非常适合低特性阻抗传输线的匹配对信号的高频成分，串联电容呈短路状态，终端电阻主要由串联的电阻形成；对信号的直流成分，电容的容抗很大，相当于终端有一个很大的端接(duān jiē)(duān jiē)电阻而对连线的传输线效应来说，正是信号的前、后沿这样的高频成分才真正有意义对直流成分可不考虑传输线效应的影响 交流(jiāoliú)(jiāoliú)并联匹配方法 第39页/共44页第三十九页，共45页 2024/8/7402. 2. 参数(cānshù)(cānshù)选择 电容的容值 电容的作用是短路信号的高频成分，一个基本的考虑是膝频率（0.50.5/t/tr r）考虑到容抗是频率的函数，为了更好的实现宽带信号的匹配，要求电容对匹配阻抗的贡献不能超过十分之一因为电容的容抗( (ZcZcT = 1/jwC = 1/jwCT T) ) ，我们有：式（2-7-72-7-7） 从中可以解出电容的容值为： 式（2-7-82-7-8） 使用(shǐyòng)RC串联网络匹配，关键是电阻的阻值和电容的容值的选择。
第40页/共44页第四十页，共45页 2024/8/741 电阻(diànzǔ)RT的阻值 因为电容CTCT和电阻(diànzǔ)RT(diànzǔ)RT是串联连接，所以有： 举例：若Z0 Z0 = = 100100，tr tr = = 4ns4ns，则有： ，又因为(yīn (yīn wèi)wèi)： ， 所以： 因此：式（2-7-92-7-9） 考虑其模值，我们有 ，所以电阻阻值为：对于匹配电阻的粗略选择，电容的容抗贡献可忽略对于匹配电阻的粗略选择，电容的容抗贡献可忽略第41页/共44页第四十一页，共45页 2024/8/7423 3．交流匹配(pǐpèi)(pǐpèi)的特点 同简单的电阻并联匹配方法一样，交流匹配方法也适合于分布的多负载情形和应用(yìngyòng)(yìngyòng) 低直流功耗在直流平衡条件下，电容隔直，电流很小→→大大减少了直流功耗 由于隔直电容的存在，交流(jiāoliú)(jiāoliú)匹配方法会带来较大的附加上升时间。
由于隔直电容的存在，等效的匹配阻抗是频率的函数，因而很难做到完全的匹配 第42页/共44页第四十二页，共45页 2024/8/743匹配方法(fāngfǎ)小结 串联串联(chuànlián)（始端，（始端，源端）匹配源端）匹配 并联（终端并联（终端(zhōnɡ duān)，远，远端）匹配端）匹配 终端（远端）戴维宁等效终端（远端）戴维宁等效 并联匹配并联匹配 终端（远端）交流并联匹配终端（远端）交流并联匹配第43页/共44页第四十三页，共45页 2024/8/744感谢您的欣赏(xīnshǎng)！第44页/共44页第四十四页，共45页 内容(nèiróng)总结2021/11/10第1页/共44页第2页/共44页我们可以用上式分别算出ECL10K系列、ECL10KH系列和ECLinPS系列芯片的信号频率第6页/共44页第7页/共44页注意：这里单位延迟时间也只与介质常数相关，与 边沿耦合（edge coupled），简称为边耦合设一个电压(diànyā)信号被前级电路输出时，其信号波形如下图（b）的波形A所示第43页/共44页感谢您的欣赏第四十五页，共45页。
