传输线是什么?

文摘   科技   2024-09-10 18:55   浙江  

传输线是什么

我们理解了传输线中的电感和电容是啥,又了解了什么是集总模型和分布模型。有了这些储备,我们终于可以来看一下传输线到底是什么了。

1,传输线的定义

传输线到底是个什么鬼,什么样的导线能称之为传输线?我们要去理解一个事物,首先需要去理解关于它的概念。所以,我们必须要先从传输线定义出发(苏格拉底说:我们对任何一个事物进行讨论,首先要明确其定义。)。

好,我来对传输线下一个定义:由两条有一定长度的导线组成,把电磁能从电路的一端送到电路另一端的装置

为了更加清晰的理解这个概念,我们接下来通过两个方面来进行阐述:

1. 首先,定义中对传输线的物理结构进行了描述:由两条有一定长度的导线组成。初一看,似乎并无不妥之处,再一思考,就觉得有几个奇怪的地方。接下来咱们逐字分析:

1,两条:我们明明只看到了一条“导线”,为什么会是两条导线呢?

从某种意义上来说“两条”是对的,因为信号的传输是通过:信号路径和回流路径,这两条“导线”来实现的。但实际信号传输过程中,特别是回流路径往往并不是简单的一条路径,而是根据其固有物理规律(回路阻抗最小)自行选择的n条回流路径。所以从另外一层意义上来说:传输线说的就是信号路径与回流路径之间的关系,与其它(回流路径是:电源、地或则其它)无关。

我们再深入分析一下:之所以是n条“回流路径”,是因为信号路径上的信号频率一般情况下并非是单一频率(由基频以及基于基频的n倍的频率分量等组成),所以不同频率分量就对应了多个不同的回流路径,所以事实上是很难确定回流路径的物理路径在哪里

2, 一定长度:传输线对长度有要求么?越长越好,还是越短越好?

固定长度(L)的导线对于信号A(正弦波频率f0)来说是传输线,可能对信号B(正弦波频率f1)来说就只是导线。

对于传输线来说,导线长度与信号的边沿时间强相关,它要满足分布系统模式(导线长度大于或等于波长),在短线模式或集总系统中的导线则不再是传输线(不适用传输线模型的相关理论),而只是理想导线(导线上电压处处相等,只需运用基老师的定律就能搞定了);

3, 导线:导线是什么?线缆?PCB走线?连接器针脚?过孔?

金刚经中说:“如来说世界,即非世界,是名世界”,佛说这个真实的世界,并不是我们用“眼耳舌鼻身意”所观察到的世界,只是用“世界”这个名字来称呼它罢了。

我们借用这段话来说明导线:定义所说导线,即非导线,是名导线。这个真实的导线并非是我们脑中的一根具象化的导线,它只是一个名称,导线可以通过无限多的形态呈现出来。

2. 其次,我们通过传输线的功能描述来理解把电磁能从电路的一端送到电路另一端的装置。

1, 电磁能:传输线传输的是电磁波;那么什么是电磁波呢?

(1) 固定的3.3V电平或0V电平是电磁波么?

很明显,固定电平并不会产生电磁波,电磁波的传播只发生在信号发生跳变的一瞬间;固定电平只产生固定的电场和磁场,而非交替出现的电磁场(电磁波)

(2) 传输线只传输由3.3V变成0V或则0V变成3.3V的这些信号边沿,固定的电平不是传输线所传播的(非常重要!),而是通过理想导线来传播的(基尔霍夫定律);

所以,我们判断高速信号还是低速信号的依据,并不在于信号本身频率的高低,而在于传输信号边沿的快慢(最高频率分量)。

虽然信号本身频率更高,往往意味着边沿跳变更快,它们同样也是有关联的。但是概念本身需要理清楚,避免理解偏差。

2, 将信号从电路的一端送给电路另一端:这是传输线的终极目标--信息的正确传递。

电磁能的传输需要从发送端传到接收端,需要保证的是接收端信号的完整性(接收端信号能够被正确的接收),而不是要求发出端的信号完整,这是传输线的意义所在。

举个栗子,我们测试信号质量的时候是选择发送端还是接收端呢?

很明显我们测量的是接收端,但一不小心测了发送端,就会发现有时发送端的信号质量很差,那就会产生困惑,这样会不会有问题呢?通过这个定义就告诉了大家:我们要保证的是接收端的信号,而非发送端。

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