转——传输线阻抗的通俗讲解

House · 发表于 2019-4-28 09:00

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转——传输线阻抗的通俗讲解

本文比较通俗的，用大家常规的电容，电感的观点来分析传输线阻抗的概念。现在的高速mcu，尤其是ARM等布线都需要射频理论了，比如USB线，网卡线，高速SDRAM，LVDS接口，SATA等都是高频传输线理论了，所以要想深入MCU，高频的一些理论也必须理解。

传统的电磁场理论基于麦克斯维方程，就这个方程来说，就是本科生也不见得搞得明白，并且就算搞明白了，也是一时，很多细节还是不行，并且过后又会忘记。所以用电磁场理论来分析传输线，难度比较大。本文用常规的思维，常规的电容电感理论解释传输线问题，获得比较好的效果，基本上一般高中知识的朋友都能理解。

如下：
我们知道电磁场是一种能量场，对于电磁场来说，它的电场和磁场是相生相息的，同时达到最大，也同时达到最小，即We = Wh。这个跟电磁场的谐振是有区别的，对于电磁场的谐振来说，电场能量最大的时候，磁场能量最小，电场能量最小的时候，磁场能量最大。他们相互转换，所以能量传不出去。
我们试从平衡传输线来分析阻抗的概念：
如下图：传输线的等效电路
我们把传输线微分化，就是右边的等效电路图，其中L为传输线单位长度两线的电感，C为传输线单位长度两线之间的电容，
因为： We = Wh

所以： 1/2 * C * U * U = 1/2 * L * I * I
上面是电容的能量公式和电感的能量公式，U表示电容两端电压，I表示通过L的电流。
我们化解一下这个公式:
U / I = SQR(L / C) = Z
式中SQR为开根号符号
Z就是传输线的阻抗，它表征了电磁场在传输线里传输的时候，传输线上的电压跟电流的关系。当然，大家也可以从这个阻抗的概念出发，可以理解为什么不同的传输线连接的时候会引起电磁场反射的原因了。因为传输线上的电压和电流只能按阻抗的比例来传输能量的。