信号完整性分析：关于传输线的三十个问题解答（三）

21.FR4 中 50 欧姆传输线的单位长度电感是多少？如果阻抗加倍怎么办？（What is the inductance per length of a 50-Ohm transmission line in FR4? What if the impedance doubles?）

FR4 中的所有 50 欧姆传输线的单位长度电感约为 8.3 nH/英寸。当然，如果一个尺寸发生变化，其他尺寸也需要改变以保持 50 欧姆。并且线路阻抗与单位长度的电感成正比。如果将线路的阻抗加倍，则线路的每单位长度的电感也会加倍。

22.与 RG58 电缆相比，RG59 电缆的单位长度电容如何？（What can you say about the capacitance per length of an RG59 cable compared to an RG58 cable?）

这两条同轴电缆使用相同的电介质。它们具有相同的中心导体半径。但是，它们具有不同的特性阻抗。 RG58 电缆的特性阻抗约为 50 欧姆，而 RG59 电缆的特性阻抗为 75 欧姆。
阻抗越高的电缆单位长度的电容越低。从 RG59 电缆的外径大于 RG58 电缆也可以看出这一点。远离外部导体使得 RG59 电缆中单位长度的电容较低。

23.当我们提到传输线的“阻抗”时，我们指的是什么？（what do we mean when we refer to "the impedance" of a transmission line?）

仅提及线路的“阻抗”是模棱两可的。它可以指瞬时阻抗、特性阻抗、频域输入阻抗或时域输入阻抗。没有一些特定的上下文，你不知道哪个是感兴趣的。通常，当仅指线路的阻抗时，指的是传输线的特性阻抗。
即使可能指的是特性阻抗，但这并不意味着它与驱动器可能看到的阻抗相同，除非上升时间很短且线路很长，并且只寻找很短的时间段。

 

24.TDR 可以在几分之一纳秒内测量传输线的输入阻抗。对于 2 纳秒长的 50 欧姆传输线，末端开路，它会测量什么？ 5 秒后它会测量什么？（A TDR can measure the input impedance of a transmission line in a fraction of a nanosecond. What would it measure for a 50-Ohm transmission line, open at the end, that is 2 nsec long? What would it measure after 5 seconds?）

TDR 沿传输线发送一个上升时间较短的阶跃边沿并测量反射信号。它通常从 50 欧姆源启动。如果它所连接的传输线是50欧姆，则不会有反射，所以信号进入传输线时不会有反射信号。
阶梯边缘将沿着传输线传播，到达末端，并从开路处反射。反射边缘在发射到线路中后需要大约 4 纳秒才能返回到仪器前面。

一旦它进入仪器，就没有更多的反射，也没有额外的信号进入传输线。
TDR 最初将测量 50 欧姆线路，然后在 4 纳秒后测量开路。之后它将永远测量开放。 5 秒后，TDR 将测量开路。

25.驱动器具有 10 欧姆的输出电阻。如果其开路输出电压为 1 V，则向 65 欧姆传输线发射的电压是多少？（A driver has a 10-Ohm output resistance. If its open circuit output voltage is 1 V, what voltage is launched into a 65-Ohm transmission line?）

驱动器和传输线形成一个分压器。传输线看起来像一个 65 欧姆的电阻器与 10 欧姆的驱动器阻抗串联。 65 欧姆电阻两端的压降为 1 V × 65 欧姆/(10 欧姆 + 65 欧姆) = 0.87 V。

26.当信号改变返回路径平面时，可以设计哪三个设计特征来降低返回路径的阻抗？（What three design features could be engineered to reduce the impedance of the return path when a signal changes return path planes?）

当信号在两个平面之间转换其返回路径时，返回电流会看到平面之间的阻抗与线路的阻抗串联。为了最大限度地减少不连续性和耦合到腔体中的噪声，需要降低腔体的阻抗。
最重要的方法是添加短路孔。这意味着您必须为两个平面使用相同的电压。
第二个特征，无论两个平面的电压是多少都适用，是在两个平面之间使用薄电介质。如果它们是不同的电压，这会显着降低平面之间的阻抗，如果它们不是，则使短路过孔更有效。
最后，如果两个平面的电压不同而不能使用短路孔，则可以在短路孔之间放置一个隔直流帽。它永远不会像短路过孔那样具有低阻抗，但这是一种折中。

27.哪个更好的起始模型可用于描述高达 100 MHz 的互连：理想传输线或 2 段 LC 网络？（Which is a better starting model to use to describe an interconnect up to 100 MHz: an ideal transmission line, or a 2-section LC network?）

理想传输线总是比 n 节 LC 模型更适合用来描述实际互连的模型。理想的传输线模型在低频时看起来像 L 和 C 元件，但在比任何 LC 模型高得多的频率下与实际传输线的特性相匹配。
传输线模型是一个使用起来简单得多的模型。所有 SPICE 仿真器都了解理想的传输线模型，其中许多具有有损传输线模型和耦合传输线模型。

28.电路板上的互连线长 18 英寸。这条传输线的时间延迟估计是多少？（An interconnect on a board is 18 inches long. What is an estimate of the time delay of this transmission line?）

FR4 中的信号速度约为 6 英寸/纳秒。任何传输线的延迟约为 Len[英寸]/v[英寸/纳秒] = 18 英寸/6 英寸/纳秒 = 3 纳秒。

29.一段50Ohm的微带线，线宽5mil，近似介质厚度是多少？（In a 50-Ohm microstrip, the line width is 5 mils. What is the approximate dielectric thickness?）

FR4板材中的50Ohm传输线，线宽和介质厚度的比例约为2:1，如果线宽是5mil，介厚大约是2.5mil，可用的普通层压板厚度约为 2.8mil。

30.在 50 欧姆带状线中，线宽为 5 mil。传输线的长度是多少？

这是一个技巧问题。只知道特性阻抗和线宽并不能说明线的长度。它可以是 1 英寸，也可以是 30 英寸。您需要了解线路的时间延迟，或总电感或总电容。仅仅线宽和阻抗是不够的信息。