如何避免傳輸線出現(xiàn)反射

　　在低頻時(shí)，一段普通導(dǎo)線就可以有效地將兩個(gè)電路短接在一起，但是在高頻時(shí)候就不同了。在中，一個(gè)小小的過(guò)孔、連接器就會(huì)對(duì)信號(hào)產(chǎn)生很大的影響。為了分析高速信號(hào)，引入了一個(gè)新的模型——傳輸線。理想傳輸線的兩個(gè)主要特征就是時(shí)延和阻抗。如果電路中傳輸線的阻抗突變會(huì)導(dǎo)致信號(hào)的反射，使得信號(hào)質(zhì)量產(chǎn)生較大的影響，這篇文章主要介紹這方面的信息。

　　1、集總參數(shù)和分布參數(shù)

　　在信號(hào)速率比較低的時(shí)候，我們通常會(huì)把電路等效成電阻、電容以及電感進(jìn)行分析，這就是我們常說(shuō)的集總參數(shù)電路，和集總參數(shù)電路對(duì)應(yīng)的叫做分布參數(shù)電路。集總參數(shù)電路和我們中學(xué)物理里面的“質(zhì)點(diǎn)”的概念類(lèi)似，我們?cè)诜治鏊鼈兊臅r(shí)候可以不考慮自身的大小，而分布參數(shù)電路則需要考慮它們自身尺寸對(duì)信號(hào)的影響。集總參數(shù)和分布參數(shù)的區(qū)分并沒(méi)有完全明確的定義，一般我們認(rèn)為：滿足信號(hào)的波長(zhǎng)λ》》 器件的尺寸d的時(shí)候，我們可以把電路當(dāng)作是集總參數(shù)電路。不滿足信號(hào)的波長(zhǎng)λ》》 器件的尺寸d的時(shí)候，我們可以把電路當(dāng)作是分布參數(shù)電路。在Howard.Johnson的《高速數(shù)字設(shè)計(jì)》中給出了這樣的定義——“如果連線長(zhǎng)度小于上升沿有效長(zhǎng)度的1/6，則該電路主要表現(xiàn)為一個(gè)集總系統(tǒng)的特征”。不過(guò)這里的1/6也是個(gè)經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，也有的作者采用的的是1/4或者 。舉一個(gè)例子吧，對(duì)于我們常用到的51單片機(jī)，它們的IO口進(jìn)行一次數(shù)據(jù)切換的時(shí)間大概在1μs，對(duì)應(yīng)的基波波長(zhǎng)約為300m（我們可以近似認(rèn)為信號(hào)在PCB上的傳播速度為光速的一半），我們的電路板以及cable的長(zhǎng)度一般不會(huì)超過(guò)3m，和信號(hào)的波長(zhǎng)比起來(lái)尺寸可以忽略不計(jì)，所以對(duì)于單片機(jī)這個(gè)級(jí)別的系統(tǒng)，我們可以認(rèn)為它是集總系統(tǒng)。對(duì)于一個(gè)速率為480Mbps的USB2.0信號(hào)，上升時(shí)間大約在0.6ns左右，在上升時(shí)間內(nèi)在PCB上能夠傳輸?shù)木嚯x約為9cm，當(dāng)器件或者走線的尺寸超過(guò)1.5cm的時(shí)候，我們就必須考慮它們本身大小對(duì)信號(hào)帶來(lái)的影響。我們使用的USB線就屬于分布參數(shù)電路，我們一般稱(chēng)之為“傳輸線”。