Re: [問題] 同軸線製作兩三問

[yeahbo (MSA-0011[Bst]PLAN303E)]

魯蛇我來稍微解釋一下，何謂「特徵阻抗」（Characteristic impedance）

要詳細解釋的話，需要講到大量電磁學的理論

不過應該大多數的人都會看不懂，然後直接 END

我是希望可以用很簡略的文字讓各位有個概略的認識...


各位應該有聽過「電生磁，磁生電」吧？（如果連這都沒聽過我就無能為力了）

經過許多偉大的科學家的研究，發現變動的電場可以感應出磁場，反之亦然

然後馬克斯威爾提出了電磁波的概念

不斷變化的電場可以感應出不斷變化的磁場，變成波動的形式存在

然後因為電場和磁場的互相感應，所以兩者的波型要一樣

而電場和磁場的振幅的比值 則會是一個固定值（這個值會跟空間結構和材料有關）


而 導線上傳送的電壓和電流 和 電磁波的電場和磁場 其實是一體的兩面

所以導線上傳送的 電壓波 和 電流波 的 振幅的比值 也會是一個固定值

這個值就是「特徵阻抗」（Characteristic impedance）


來舉個簡單的例子

    Ro                            RL
  ┌﹌──────────────﹌┐
  ○                                │
  ├────────────────┤
  ▼                                ▼

這是一個傳輸線的略圖，然後我們假設這條傳輸線的特徵阻抗是 Rc


─┐
  └→
    Ro                            RL
  ┌﹌──────────────﹌┐
 V○                                │
  ├────────────────┤
  ▼                                ▼

一開始我們從源頭打入 V 的電壓，同時伴隨的電流是 V/Rc


────────────────┐
                                └→
                                ┌─
                              ←┘
    Ro                            RL
  ┌﹌──────────────﹌┐
 V○                                │
  ├────────────────┤
  ▼                                ▼

當這個電壓跑到 RL 的時候，因為阻抗不匹配，會產生反射波

這個反射波的量必須符合邊界條件，使得 RL 身上的電壓電流必須符合歐姆定律

所以 RL 身上的 總電壓/總電流 = ( V→ + V← )/( I→ + I← ) = RL


───────────────────┐
                                      └→
     ┌────────────────
   ←┘
    Ro                            RL
  ┌﹌──────────────﹌┐
 V○                                │
  ├────────────────┤
  ▼                                ▼

等到反射波跑回到源頭的時候，電壓電流就穩定下來，然後就回到直流下的電阻分壓

直流的時候，導線本身的電阻通常會低到可以忽略


如果是更複雜的電路架構，就會有更複雜的穿透和反射，甚至會有多次來回反射


導線裡面傳遞的電壓波和電流波就是電磁波的一種

所以他們的傳遞速度差不多就是光速，一公尺長的導線不用一奈秒就可以跑完

所以導線內的這些穿透反射的現象，大概幾到幾十奈秒就會穩定下來

但是會不會有影響，就要看實際狀況和需求而定


所以做個結論

導線上傳送的 電壓波 和 電流波 的 振幅的比值 就是「特徵阻抗」

但是導線本身的電阻是極低的...


這樣各位有稍微的瞭解了嗎？


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推 yys310: 原來振幅比值才是重點  之前看到的文件焦好像都放在RLC上
推 yys310: 推推推
推 superafat: 學習了
推 ang728: 推繪圖w
推 izaka: 學習了 ^^/
推 intela60474: 學習了 推~
→ greg7575: RLC meter 也可以量到啊，只是他的價格科科
→ greg7575: 安捷倫好像改名字了，這幾周要收一台機器，到時候來玩
推 A9943212: 學習了 大推~~
→ gameguy: 困中之困 我路人我旁邊路過的，哈哈
→ yeahbo: RLC meter 量到的阻抗不是特徵阻抗啊～
推 odanaga: 快推不然人家以為我看不懂QQ
推 mtskyoko: 學習了！
推 purplesky911: 學習了
推 greg7575: 所以我很想知道怎麼量
推 boris20050: 小聲地說一下，如果1m 用1ns 的時間的話，就超越
→ boris20050: 相對論極限了
推 yys310: 3C產品 想想也是理所當然的
→ yeahbo: 糟糕我說錯了，比較實際的數字應該是 1/(1.5*10^8)
→ yeahbo: 大約是 7ns 跑一公尺（大概是因為深夜又喝了啤酒的關係）
→ yeahbo: 至於要怎麼量特徵阻抗，第一篇的推文裡面有一個答案  XD
→ greg7575: 我一直在失智，是 LCR meter 啦 XDDD
→ greg7575: 高頻的就叫做網路分析儀，其實原理basetnoaprhg;gbah4r5
→ yys310: 查克羅里士亂入
推 Dopin: 你竟然出手了 XDDDDD
→ greg7575: 100 kHz 開路量一次、短路量一次，Z 值相乘開根號
→ greg7575: phase 相加除以2，越接近0；特徵阻抗越接近正確值
→ greg7575: 不過線要弄得很長就是，原理bn4n4ia;ifd0bahghtnalogi
→ greg7575: 再講下去擋人財路。
→ yys310: 想太多
→ yeahbo: 假設光速算10^8 m/s，100 kHz的波長是一公里耶，用這頻率
→ yeahbo: 量特徵阻抗很不實際...
推 ck0611: 專業推
→ yeahbo: 對了，想當然特徵阻抗也是會隨頻率改變的啦～
推 boris20050: 等等，這樣不就表示特徵阻抗其實是很簡化的算法
→ boris20050: 因為不知道他到底是從幾次諧波的相加
推 yamatai: 所以的確也有人認為不需要理會同軸線的阻抗規範
→ yamatai: 因為變數太多 根本不可能做到
→ yeahbo: 特徵阻抗沒考慮協波不協波啊～ 應該這樣說，任何一個單頻
→ yeahbo: 電磁波（電壓波和電流波必須視為一體的兩面）待在一條傳輸
→ yeahbo: 線上的時候，會看到一個特徵阻抗
→ yeahbo: 嗯... 再修正說法，一條傳輸線上傳遞某單頻電磁波的時候，
→ yeahbo: 其電壓波和電流波的振幅比值會被限制在一個特定的值，就是
→ yeahbo: 特徵阻抗... 當然不同頻率的電磁波被限定的值會不一樣
→ greg7575: 所以不要去討論就好了啊 XDDDD
→ greg7575: 我自己覺得越討論我越無知，還是不要出來獻醜好了
→ greg7575: 如果材質不會影響，那網路線貓5貓6貓7是研發心酸的嗎
推 boris20050: 是說，數位訊號傳輸方波的話，為什麼測試是用sine 波?
→ boris20050: 感覺有點奇怪
→ yys310: CAT7還沒被承認吧
推 ackdpe0776: 考慮波長跟同軸線長度的話，SPDIF傳輸速率也才幾MHz
→ ackdpe0776: 以1公尺同軸線來說，一個位元波長約同軸線的百倍左右
→ ackdpe0776: 換句話說即使阻抗沒有匹配應該也是影響高低電壓轉換的
→ ackdpe0776: 那個瞬間而已，基本上不會影響訊號接收吧...在這條同
→ ackdpe0776: 軸線上根本看不到一個完整波形...
→ ackdpe0776: 如果說同軸線會影響聲音，關鍵在於那個轉換的瞬間?
→ yeahbo: 因為阻抗不匹配的話，會有多重反射搞爛01轉換的邊緣啊～
→ yeahbo: 然後就會增加jitter    XD
→ yeahbo: 用sine波測試是為了看傳輸線的各種特性，因為波動方程式的
→ yeahbo: 通解就是弦波，然後線性方程不同頻率是互相獨立的，所以
→ yeahbo: 只要討論各個單頻率下的特性，不過也是有在討論非線性的，
→ yeahbo: 那又是另外一個故事了... 然後討論數位訊號傳輸的時候，
→ yeahbo: 會看眼圖，這也是量測jitter的最直接的方法
推 wraith0000: 學習了 推