17、特殊电路设计考量与高频电路设计规则

特殊电路设计考量与高频电路设计规则

1. 传输线基本概念

在电路设计中，频率与信号的上升/下降时间密切相关。上升/下降时间的值越低，设备的工作频率就越快。在这种情况下，传输线效应开始显现，了解作为传输线的导体的电气特性就变得至关重要。为了防止反射，传输线的特性阻抗必须与接收设备的阻抗相匹配。

为了理解传输线的概念，可以设想一条长直导线或走线，其附近有返回导线或走线。导线沿线具有一定的电感，并且导线与其返回线之间存在电容耦合。通常将这种情况用集总模型来表示，其中电容和电感被视为集总元件。实际上，电感和电容是沿导线连续分布的。从概念上讲，导线是无限长的，而图示只是总长度的极小一部分。

如果这些导线是无限长的，显然其远端不会有任何反射。此外，如果导线绝对均匀，同样也不会有反射。因此，避免反射的一种方法是使用无限长且绝对均匀的导线或走线对，这种导线或走线对被称为传输线。

当观察这种导线对的前端时，存在一个可以通过数学计算得出的输入阻抗，用符号 (Z_0) 表示，称为传输线的固有或特性阻抗。通过计算电感（(L)）和电容（(C)）的集总值，可以计算出阻抗：
[Z_0 = \sqrt{\frac{L}{C}}]

将无限长的传输线分成两部分，第二部分看起来仍然像具有阻抗 (Z_0) 的无限长传输线。因此，终端接有特性阻抗 (Z_0) 的有限长度传输线，看起来就像无限长的传输线，不会有反射，因为沿线路传输的所有能量都被终端吸收或耗散，没有能量反射回来。

在印刷电路板（PCB）中，正是利用这种技术来控制反射。需要使走线看起来像传输线，并将其终端接特性阻抗 (Z_0)。常见的传输线类型有多种，例如有线电视的同轴电缆是 70 欧姆传输