Читать книгу Высокоскоростные печатные платы. Записки схемотехника - А. В. Трундов - Страница 9

Линию передачи в области нижних частот можно рассматривать как четырехполюсник с прямым и обратным проводом. На эквивалентной схеме ее можно изобразить в виде системы с сосредоточенными элементами R и C, где R – последовательное сопротивление проводника, а C – суммарная емкость линии передачи.

Рис. 10 Эквивалентная схема линии передачи в области нижних частот

В схеме будет присутствовать только одна реактивность, емкость паразитного конденсатора, которая вместе с последовательным сопротивлением создает фильтр нижних частот, ограничивающий полосу пропускания линии передачи сверху. Такую систему называют апериодическим звеном первого порядка. Она не склонна к возбуждению. В худшем случае возможно затягивание фронта/спада импульса. Выброс на фронте импульса в ней будет возможен только при учете значительной индуктивности при большой длине линии.

Но число колебаний в нем не будет превышать двух и влиянием отражений можно пренебречь. В литературе такую линию иногда называют емкостной нагрузкой для источника сигнала.

Понятие неоднородности, которое говорит о рассогласовании сопротивлений, в ней не имеет смысла, поскольку линия содержит всего один последовательный резистор с малым сопротивлением. Данный резистор формирует делитель напряжения с относительно большим входным сопротивлением приемника. Спад амплитуды сигнала возможен из-за спада АЧХ линии передачи в области верхних частот при большой паразитной емкости (например, большой погонной емкости кабеля).

Ограничение полосы частот линии передачи для улучшения электромагнитной совместимости значением немного выше пятой гармоники не приведет к серьезным нарушениям формы импульса. При дальнейшем ограничении полосы частот значением чуть выше первой гармоники на входе приемника, получится колебание синусоидальной формы, которое приемник со стандартными порогами нуля и единицы все еще сможет распознать как логический нуль или логическую единицу. Такой подход может оказаться рабочим при отсутствии серьезных ограничений относительно временных параметров интерфейса.

С ростом частоты необходимо учитывать дополнительные распределенные L и С параметры, а также их связи через электромагнитные поля с соседними линиями передачи и источниками излучений. Эквивалентная схема содержит уже два типа реактивности, L и C, в результате чего возможен обмен накопленными в них электрической и магнитной энергиями. А значит, возможен колебательный процесс с некоторой частотой резонанса.

Рис. 11 Линия передачи – линия с распределенными параметрами или многозвенная структура

В лини с распределенными параметрами в области верхних частот речь идет о протекании через нее не электрических токов, а электромагнитных волн. И если активное сопротивление по закону Ома в области нижних частот определяется законом Ома

,волновое сопротивление линии передачи в области верхних частот будет определяться отношением напряженности электрического поля к напряженности магнитного поля.

Параметр Z₀ называется волновым сопротивлением линии передачи. Волновое сопротивление – сопротивление, которое претерпевает волна, а не электрический ток. Поскольку линия передачи будет состоять из набора эквивалентных звеньев или участков цепи, в каждом из них отношение E/H будет определяться конкретными значениями емкости и индуктивности такого участка.

И каждый отдельный участок линии передачи будет иметь собственное волновое сопротивление

Если волновые сопротивления всех сегментов цепи равны между собой, линию передачи называют однородной. В местах, где волновые сопротивления сегментов не равны между собой, возникают неоднородности, которые могут иметь как емкостной, так и индуктивный характер, в зависимости от того, что именно изменилось на данном участке цепи.

Рассмотрим микрополосковую линию передачи.

Рис. 12 Мгновенный снимок линий напряженности электрического и магнитного поля волны в начале линии передачи (фронт импульса)

В емкости, образованной между сигнальным и обратным проводником, сосредоточена электрическая составляющая энергии электромагнитной волны, характеризуемая вектором напряженности электрического поля Е.

Известно, что значение емкости конденсатора определяется по формуле