信号完整性分析软件：Keysight ADS二次开发_（8）.传输线理论.docx

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传输线理论

1.传输线的基本概念

在信号完整性分析中，传输线是连接发射器和接收器的导体，用于传输高速数字信号。理解传输线的基本概念对于进行准确的信号完整性分析至关重要。传输线的主要特性包括阻抗、损耗、反射和延迟等。这些特性会影响信号的质量，导致信号失真、噪声增加和误码率上升等问题。

1.1传输线的定义

传输线是指用于传输电磁波的导体系统。在高速数字电路中，传输线可以是单根导线、双绞线、同轴电缆或PCB上的微带线和平面波导等。传输线的主要功能是将一个点的电信号传输到另一个点，同时尽量减少信号的失真和衰减。

1.2传输线的分类

传输线可以根据其结构和传输模式进行分类：

单导线传输线：如PCB上的微带线，信号在单根导线上传输。

双导线传输线：如双绞线，信号在两根导线上传输。

同轴电缆传输线：信号在中心导体和外层屏蔽之间传输。

微带线：信号在PCB上的单导线和参考平面之间传输。

带状线：信号在PCB上的两层参考平面之间传输。

2.传输线的阻抗特性

传输线的阻抗特性是其最重要的电气参数之一。阻抗不匹配会导致信号反射，进而影响信号的完整性和系统的性能。

2.1特征阻抗

特征阻抗（Z0

Z

其中：

R是单位长度的电阻

L是单位长度的电感

G是单位长度的电导

C是单位长度的电容

j是虚数单位

ω是角频率

2.2阻抗匹配

阻抗匹配是指将传输线的特征阻抗与负载阻抗相匹配，以减少信号反射。常见的阻抗匹配方法包括：

串联电阻匹配：在信号源和传输线之间串联一个电阻，使其等于传输线的特征阻抗。

并联电阻匹配：在传输线和负载之间并联一个电阻，使其等于传输线的特征阻抗。

终端电阻匹配：在传输线的终端并联一个电阻，使其等于传输线的特征阻抗。

2.3阻抗计算示例

假设我们有一条微带线，其单位长度的电阻R=0，电感L=200?nH/m，电导G=

importcmath

#定义单位长度的参数

R=0#单位长度的电阻(Ω/m)

L=200e-9#单位长度的电感(H/m)

G=0#单位长度的电导(S/m)

C=10e-12#单位长度的电容(F/m)

omega=2*cmath.pi*1e9#角频率(rad/s)，假设频率为1GHz

#计算特征阻抗

Z_0=cmath.sqrt((R+1j*omega*L)/(G+1j*omega*C))

print(f特征阻抗Z_0:{Z_0}Ω)

2.4阻抗匹配的仿真示例

使用KeysightADS进行阻抗匹配的仿真。假设我们有一个50Ω的信号源，传输线的特征阻抗为75Ω，负载阻抗为50Ω。我们需要在传输线的终端添加一个匹配电阻，以减少反射。

//定义信号源

Vsource01DC0AC1

//定义传输线

Tline1234Z0=75

//定义负载

Rload3050

//定义匹配电阻

Rmatch4025

//进行S参数仿真

SParameters

3.传输线的损耗特性

传输线的损耗特性是指信号在传输过程中由于导体和介质的电阻和电导等因素导致的信号衰减。损耗主要分为导体损耗和介质损耗。

3.1导体损耗

导体损耗是由于导体的电阻导致的信号衰减。其计算公式如下：

α

3.2介质损耗

介质损耗是由于介质的电导导致的信号衰减。其计算公式如下：

α

3.3损耗计算示例

假设我们有一条传输线，其单位长度的电阻R=0.1?Ω/m，电导G

#定义单位长度的参数

R=0.1#单位长度的电阻(Ω/m)

G=1e-9#单位长度的电导(S/m)

Z_0=50#特征阻抗(Ω)

#计算导体损耗

alpha_c=R/(2*Z_0)

#计算介质损耗

alpha_d=(G*Z_0)/2

print(f导体损耗α_c:{alpha_c}Np/m)

print(f介质损耗α_d:{alpha_d}Np/m)

3.4损耗的仿真示例

使用KeysightADS进行传输线损耗的仿真。假设我们有一条50Ω的传输线，长度为100mm，单位长度的电阻R=0.1?Ω/m

//定义信号源

Vsource01DC0AC1

//定义传输线

Tline1234Z0=50R=0.1G=1e-9L=0.1

//定义负载

Rload3050

//进行S参数仿真

SParameters

4.传输线的反