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高频信号等长线的意义

时间:2020-12-02 19:46 来源:未知

万博manbetx根据传输线理论中的电报线方程,分析电磁波沿导体空间的分布,其表达式为:


当考虑其随时间变化时,

万博manbetx可以得到电压、电流随时间和空间变化的完整表达式:


在该式中,

f为电压、电流信号的频率,w=2×π×f,波的传播速度为v=f×λ;

β=2×π/λ=2×π×f/v

万博manbetxλ为波在空间中传播的波长,

波在空间中的相位是处处不同的,直观的理解就是,在A处幅度可以已经到了波峰,此时,在B处幅度可能还是波谷。

万博manbetx当频率低时,我们研究研究电信号的空间距离所引起的相位变化不至于对电信号的功能造成影响。

电磁波在导体中的传播速度一般为2x10^8m/s。

比如,对于频率为50Hz的市电,相位差1度所对应的距离为: v/360/f=11km。

万博manbetx对于数字信号,一般都会有时钟信号和数据信号。

在时钟信号的边缘锁存数据信号上面的数据;

正常的波形如下:

如下图,假设该通信总共发送3个bit,为1, 0, 1

频率低时,从发送端到接收端的距离不足以产生和一个时钟时间在相同数量级的延时。

万博manbetx可以认为CLK和DAT同时到达接收端。

在1, 2, 3的CLK上升沿,把DAT上面的数据 1,0, 1锁存起来,完成接收。


当频率高时,从发送端到接收端的距离所产生的延时达到过超过1个时钟的数量级。

如果CLK和DAT所传播的距离不一样,CLK走了5cm, DAT走了10cm。

CLK走到了接收端,DAT还在半路上狂奔。

会导致当CLK的上升沿到了接收端,DAT还是上一个时钟的数据,如下:


这种情况下,接收端就会把发送端发送的1, 0, 1误收为0, 1, 0。

万博manbetx为此,我们需要把CLK和DAT所走的路程弄成一样。

怎么办?
把CLK所走的笔直的大道绕一点弯。

使其走的路程达到跟DAT一样的10cm。

这就是高频信号等长线的意义;

那么多高的频率需要考虑用等长线来走线呢?
根据时钟时间=1/f,如果信号传输时间的延时大于1/10的时钟时间时。

我们需要考虑延时的影响,如果信号长度为10cm。

万博manbetx如果PCB板的介电常数是4.2,电磁波沿PCB的传播速度为3x10^8m/s/sqrt(4.2)=1.5x10^8m/s。

万博manbetx则对应的频率为:f=1.5x10^8Hz,即为150MHz 。

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