Chương 9: Phản xạ và đường truyền
9.2. Đường dây dà
Giả sử một đường dây hay đường mạch dài, thẳng cùng với đường phản hồi nằm gần nó. Đường dây có điện cảm dọc theo chiều dài của nó. Đồng thời cũng có một số tụ điện cặp giữa đường dây và đường phản hồi của nó (nhìn hình 9-2). Hình 9-2 thể hiện cái chúng ta gọi là một mô hình cặp đường dây. Nó được gọi là một mô hình đơn vị chiều dài bởi vì chúng ta thấy các tụ điện và cuận cảm được tách riêng thành từng nhóm dọc theo chiều dài. Mà trên thực tề thì tụ điện và cuận cảm cũng trải đều trên đường dây. Trong trường hợp của chúng ta thì điều này vẫn là đúng bởi vì chúng ta đang coi như đường dây là dài vô hạn. Bởi vậy, phần thể hiện ở hình 9-2 chỉ là một phần nhỏ của toàn bộ chiều dài.
Hình 9-2: Một đường dây dài được tạo ra từ mạng dài vô hạn các tụ và quận cảm
Bây giờ, nếu như các đường dây có chiều dài vô hạn, thì sẽ không có phản xạ. Ít nhất nếu có một sự phản xạ, nó sẽ cần thời gian vô hạn cho dòng phản hồi của nó, bởi vậy mà chúng ta có thể giả sử nó không tồn tại.
Có ít nhất một số cách để tránh được các phản xạ. Các đường dây phải hoàn toàn đồng nhất. Một Ls và Cs nhỏ trên một đơn vị chiều dài phải đồng nhất ở mọi nơi trên đường dây. Nếu các đường dây là không đồng nhất thì chúng ta coi chúng là một tập các đường dây, mỗi đường với một đặc tính riêng. Việc tách các đường dây ra có thể nó sẽ không còn là dài vô hạn nữa, và bởi vậy sẽ có sự phản xạ ở mỗi phần tách riêng đó. Bởi vậy, cách để tránh các phản xạ là sử dụng đường dây vô hạn, các cặp đường dây hoặc đường mạch đồng nhất hoàn toàn. Chúng ta gọi các cặp đường dây và đường mạch như vậy có tên đặc biệt là đường dây dài (transmission line) Chúng ta có thể xem xét ở mức độ toán học nếu chúng ta nhìn vào phần trước của cặp đường dây này có một trở kháng vào chúng ta có thể tính toán. Chúng ta cho nó một ký hiệu là Zo, và gọi là trở kháng đặc tính (intrinsic impedence) của đường dây. Nếu chúng ta có thể tính toán giá trị trên từng đơn vị chiều dài của quận cảm (L) và tụ điện (C), giá trị trở kháng này nên được tính toán theo công thức như công thức 9-1
Công thức 9-1
Nếu chúng ta nhìn vào phần trước của đường dây dài, nó trông như là có một trở kháng Zo. Hãy coi đường dây của chúng ta là đường dây chiều dài vô hạn và tách chúng thành hai phần. Nếu chúng ta nhìn vào phần thứ nhất, nó như một đường dây dài vô hạn với trở kháng đầu vào Zo. Điều gì sẽ xẩy ra nếu chúng ta đặt phần thứ hai của đường dây với một trở kháng bằng với Zo (nhìn hình 9-3)? Từ trước của đường dây, nó vẫn nhìn giống như đường dây dài vô hạn. Với cách nhìn như vậy.
Một đường dây dài với chiều dài hữu hạn hạn, được kết thúc bằng trở kháng đặc tính của nó, Zo, coi như là một đường dây dài vô hạn. Bởi vậy, mặc dù là một đường dây chiều dài hữu hạn, nó vẫn không có sự phản xạ. Sự thật là năng lượng đi trên đường dây được tiêu tán hoàn toàn ở đầu cuối. Không còn năng lượng để phản xạ lại. Không còn sự phản xạ để lo lắng
Hình 9-3: Nếu chúng ta kết thúc đường dây dài hữu hạn bằng trở kháng đặc tính của nó thì nó coi như đường dây dài vô hạn
Có hai việc ta cần làm để kiểm soát được sự phản xạ trên các PCB
1. Chúng ta cần làm cho các đường mạch của chúng ta như là các đường dây dài
2. Chúng ta cần kết thúc chúng bằng trở kháng đặc tính Zo
Tất nhiên, chúng ta có thể tạo ra các đường mạch đủ ngắn để sự phản xạ không gây nhiễu cho khả năng của điểm nhận trong việc nhận biết tín hiệu ở điểm đầu tiên, hoặc chúng ta có thể giảm thời gian tăng đủ để điểm nhận cso thể nhận biết bất kể tiếng vọng.
Có một loại đường dây dài mà thường được dùng quanh chúng ta hàng ngày. Cáp xoắn dẫn cáp TV của chúng ta là một đường dây dài 75Ω. Nếu chúng ta sử dụng cáp xoắn 10Base2 cho mạng, nó là đường dây dài 50Ω. Cáp dẫn đôi 300Ωtừ ăng ten râu TV của bạn tới TV của bạn là một đường dây dài. Và không phải ngẫu nhiên mà các đường dây điện công suất cao từ trạm phát đặt tại thành phố của chúng ta được gọi là các đường dây dài, nối liền dọc theo các toà nhà. Thậm chí các kỹ sư về nguồn không cần lo lắng về vẫn đề phản xạ nếu các đường dây đủ dài (khoảng 480miles hoặc lớn hơn).