CH2-传输线 2.pdf

2-5 实际传输线举例 1 同轴电缆 同轴电缆是使用非常广泛的一种传输线，最常见的是一种单芯同轴电缆，它的结构如下 图所示，图中给出的是其横截面结构示意图。单芯同轴电缆实际上是一种双导体线， 中间的黑色圆心是内导体，一般由单芯铜线构 成，黑色外圈是外导体，由铜丝网组成，两导体中 间是介质材料。实际的同轴电缆，其外层导体的外 边还有一层绝缘橡胶，主要起保护作用，对同轴电 缆的电特性影响不大。同轴电缆是性能优良的传输 线，其主要优点是： 单芯同轴电缆的横截面结构示意图 ? 频率响应好，适合于高频信号传输。 ? 制作均匀，特性阻抗一致性好。 ? 铜丝网构成的外导体通常使用时都接地，因而具有良好的电磁屏蔽，能够消除外界 电磁干扰和信号串扰。 特性阻抗 同轴电缆的特性阻抗可以由式（2-5-1）计算： 60 ? d ? ? 2 ÷ 单芯同轴电缆的横截面结构示意图 ZC = ln? ÷ 式（2-5-1） e r è d1 ? 式中d2是整个电缆的外径，d1是内部导体，即内部铜线的直径。同轴电缆的特性阻抗一般都是 在制作时已确定，常见的特性阻抗有：?W，?W，?W和125W。 延迟时间 同轴电缆的延迟时间基本上只由同轴电缆的双导体间介质材料的介质常数所决定，公式 2-5-2给出了单位延迟时间具体的描述。 td = 85 eγ ( ps /in) =1.017 eγ (ns / ft) 式（2-5-2） 当介质材料为聚乙烯???????和聚四氟乙烯（???）时，其介质常数er ? 2.3 。所 以，单位延迟时间约为 td =1.54ns / ft。实验室常用的?Ω同轴电缆，一般采用聚乙烯为介质材料， 所以，其单位延迟时间大约为 td ? 5ns / m（ 1ft = 30.48cm）。 电缆的带宽 同轴电缆的上述优点特别适合高速的数字信号传输。但然，不同速度的数字电路芯片，对于同 轴电缆的带宽要求是不一样的。在选择同轴电缆时，要特别注意电缆的带宽指标。数字电路输出信 号的上升时间和带宽的关系可以近似地由式（2-5-3）给出： 0.5 fC = 式（2-5-3） tr 我们可以用上式分别算出???系列、ECL10KH系列和ECLinPS系列芯片的信号频率。注意， 式2-5-3中的上升时间的定义是10%~90%，而在ECL逻辑中，上升时间的定义是20%~80%，所以应对 上升时间有一个换算。如ECLinPS电路，其典型的上升时间为400ps，换算到10%~90%的上升时间为 530ps， 则按式2-3-?算出的频率带宽为943MHz。所以应用到ECLinPS系列芯片的同轴电缆，其带 宽必须大于943MHz。 同轴电缆具有优良的电特性，当电性能为系统设计时的第一因素时，同轴电缆无疑是最佳的 选择。但同轴电缆也有其短处，造价高，体积大并且过于笨重。在构造大系统时就不得不考虑这 些因素。 2 双绞线 考虑到同轴电缆的成本、体积和重量，当频率响应要求不是特别高时，人们往往采用双绞线 来代替同轴电缆。双绞线的特点是成本低，具有相对好的频率响应和很强的抗干扰能力。这时因 为双绞线的使用一定是与差分电路相结合的。不同系列的差分电路均有一些差分的驱动器和线接 受器，如：???的MC10109，MC10115和MC10116等。双绞线与差分电路的结合，充分利用了差分 电路对共模信号的抑制能力，将双绞线上的串扰、外界干扰和噪声都作为共模信号剔除出去，从 而保证了双绞线上所传输信号的质量。????和MECL 10KH系列的ECL差分线接收器电路，正向 的共模抑制能力达?，而负向的共模抑制能力则可达?。另外，双绞线的频率响应虽然不如同轴 电缆好，但它的价格却低廉的多。这正是双绞线被广泛应用的两个重要的原