当今的技术要求更高的数据速率和高效的传输。特性(或线路)阻抗是评估电缆或数据线在数据传输方面的性能的关键指标。这一基本点值得强调。因此,本文总结了两种测量阻抗的不同方法:时域反射法和频率分析。这两个互补的过程使客户能够测量特性阻抗和通过电缆的信号损耗。大多数时候,客户希望根据一定的损耗值了解电缆可以传输的最大频率。
本文系统地比较了采用相同 CMOS 后端工艺的 CPW、慢波 CPW、微带和慢波微带的传输线特性阻抗与 Q 因子之间的关系。结果表明,最佳 Q 因子的特性阻抗取决于慢波传输线的地线间距。虽然从传播模式的角度来看,介质相似,但当慢波 CPW 的特性阻抗为 §23 ȍ 和慢波微带线的特性阻抗为 §43 ȍ 时,慢波传输线可实现 60 GHz 最佳 Q 因子,并且接地平面间隙越宽,Q 因子就越大。此外,结果表明,在芯片面积相同的情况下,慢波 CPW 的最佳 Q 因子比慢波微带高 12%。这里提供的数据可用于选择 CMOS 中 S-MS 和 S-CPW 无源器件的 Z 0 值,以最大化传输线 Q 因子。
可以预期,短截线电缆在终端接口处以特性阻抗终止,但是,MIL-STD-1553 定义终端必须具有相对较高的输入阻抗。终端相对于特性阻抗的高输入阻抗将在终端与短截线的连接处产生较大的反射系数。这种高阻抗的结果是,大部分短截线波将被反射回总线,并将由于短截线的延迟而以相移的形式重新添加到入射波中。如果终端以特性阻抗终止,则信号将在每个短截线连接处衰减,并会显著限制可以连接到总线的终端数量。相反,1553 以少量相位失真为代价,最大限度地减少了由于短截线引起的衰减。
120 Ω 特性阻抗双绞线电缆必须以相同值的阻抗端接,以尽量减少因阻抗不匹配而产生的反射波。不良端子可能导致信号反射,并且所连接 CAN 节点(CAN 接口、控制设备)的收发器可能无法工作。USB2CAN 没有内部端接。设备必须在端接的 CAN 总线上使用。
超导量子信息处理机主要基于微波电路,该电路具有相对较低的特性阻抗(约 100 Ω)和非谐性小的特点,这会限制它们的相干性和逻辑门保真度 1、2。一种有前途的替代方案是基于所谓的超电感器的电路 3 – 6,其特性阻抗超过电阻量子 RQ = 6.4 k Ω。然而,以前实现的超电感器由介观约瑟夫森结阵列 7、8 组成,会在量子比特附近引入非预期的非线性或寄生谐振模式,从而降低其相干性。在这里,我们提出了一种基于颗粒铝超电感器条带的通量量子比特设计 9 – 11。我们表明,颗粒铝可以形成具有高动态电感的有效结阵列,并可与标准铝电路加工原位集成。测得的量子比特相干时间 T ** ss 30 2 ≤ μ 说明了颗粒铝在从受保护的量子比特设计到量子限制放大器和探测器等各种应用领域的潜力。使用超导电路 1 构建大规模量子信息处理机器仍然是一项具有挑战性的物理和工程工作。尽管目前已经有了有前途的小规模原型 12 – 14 和必要构建块的原理验证演示,但要扩展到大量逻辑量子比特,需要在量子比特技术的各个方面取得突破,包括量子比特架构和材料。例如,当前超导量子比特处理器面临的主要挑战之一是量子态泄漏到非计算自由度 2 的问题,这可能成为扩展的障碍。 transmon 量子比特的有限非谐性可能不足以在频率上将计算空间与周围日益复杂的微波环境隔离。一种有前途的替代量子比特架构基于所谓的超电感器,其特性阻抗大于 RQ = h /(2 e ) 2 = 6.4 k Ω,例如 fluxonium 量子比特 3 ,它提供数量级更大非谐性和与 transmon 量子比特 4 相当的相干性。在这些电路中,相位的量子涨落比电荷涨落更占主导地位,并为设计新的、可能受到保护的量子电路 15、16 提供了场所。大电感器也可能成为下一代通量和相位量子比特 17 的基石。此外,采用超电感器和小电容器的微波谐振器最近已被用来增强和限制电压波动,从而实现光子和电子之间的强耦合
MIL-STD-1553 提供了第二种连接到主总线的方法,称为变压器耦合。变压器耦合连接利用阻抗匹配耦合变压器以及隔离电阻来连接到总线。耦合变压器和隔离电阻的作用是,总线内部短截线的阻抗与特性阻抗相匹配。提供总线内部匹配的阻抗将减少短截线的二次反射,并将大部分信号功率传送到总线。耦合变压器的第二个好处是,该比率使得有效短截线阻抗增加 2 到 1 倍(基于使用匝数比为 1.41:1 的变压器)。图 4 显示,与直接耦合连接相比,变压器耦合连接的有效短截线阻抗显著增加。在保持多点总线上传输线的保真度方面,这种总线耦合器的使用是 MIL-STD-1553 的主要架构优势之一。
将逆变器驱动器连接到电机时的主要问题之一是电机端子上存在过电压。为了更好地理解这种机制,应该一次关注来自逆变器驱动器的一个电压脉冲。当电缆(作为传输线)与电缆末端的阻抗不匹配时,以光速的一小部分在电缆中传播的入射波会发生反射现象(取决于电缆的物理结构)。在电缆末端(或电机端子),反射波会添加到入射波中,从而增加总电压。换句话说,当脉冲状电压信号沿未以其特性阻抗终止的线路传输时,可能会发生反射。[11]
久负盛名的 RCA 连接器仍然是视频卡座、DVD、视频投影仪和高清显示器等专业消费类产品中音频和视频信号同轴电缆端接的普遍接受方法。ADC 的新型精密 RCA 连接器专为要求苛刻的专业环境而设计,提供性能驱动的产品,具有出色的机械和电气特性以及简单的 BNC 型组装。精密模制绝缘体带有锁定镀金中心导体,可确保标称 75 欧姆特性阻抗。ADC 专有的几何模制绝缘体设计等创新功能可显著减少阻抗失配并提高数字应用的传输可靠性。ADC 的 RCA 连接器使用与 ADC BNC 和 F 连接器产品相同的剥线和压接工具,使安装变得简单快捷。
在等离子体处理中,功率输送与非线性负载的匹配是一项持续的挑战。微电子制造中使用的等离子体反应器越来越多地采用多频率和/或脉冲方式,从而产生非线性且在许多情况下非稳态的电气终端,这可能会使功率与等离子体的有效耦合变得复杂。对于脉冲电感耦合等离子体尤其如此,其中等离子体的阻抗在启动瞬态期间可能会发生显著变化,并经历 E – H(电容到电感)转换。在本文中,我们讨论了使用固定组件阻抗匹配网络对脉冲电感耦合等离子体(Ar/Cl 2 混合物,压力为数十毫托)进行功率匹配的动态计算研究的结果及其对等离子体特性的影响。在本次研究中,我们使用了设定点匹配,其中匹配网络的组件在脉冲周期的选定时间提供最佳阻抗匹配(相对于电源的特性阻抗)。在脉冲早期匹配阻抗使功率能够为 E 模式供电,从而强调电容耦合和等离子体电位的大偏移。这种早期功率耦合使等离子体密度能够更快地上升,而在脉冲后期的 H 模式中不匹配。早期匹配还会产生更多能量离子轰击表面。在脉冲后期匹配会降低 E 模式中耗散的功率,但代价是降低等离子体密度的增加速度。