傳輸線理論

相較于低速設計，高速設計中的信號由于頻率高，信號的邊沿上升時間快，信號傳輸過程PCB各類組件的寄生參數影響增加，在接收端接收到的信號幅度會出現衰減，相位和時序會發生變化。

為了能對高速信號的傳輸過程精確描述，使信號在接收端能夠在其邏輯閾值內對發送信號進行解析，傳輸線理論在這一類分析中得到了廣泛的應用。

作者說，傳輸線就像高速公路一樣，需要滿足雙向車道不同方向的形成需求，類比高速信號，就是信號路徑與信號回流路徑。傳輸線由兩個金屬層及夾在兩個金屬層之間的電介質絕緣層組成。在高速電路設計中有兩種常用的傳輸線，分別是微帶線和帶狀線，如下圖所示：

微帶線的模型

帶狀線的模型

由上圖可知，微帶線分布在PCB的最外層，一般只有一邊有參考平面，帶狀線分布在層內，有兩個參考平面。

信號是以電磁波的形式進行傳播的，對于高速電路的理解，要用電磁場的“電”和“場”的理論去理解，如下圖所示：

電磁場在空間的傳播及電磁空間分布

那么，當傳輸介質的物理特性發生變化時，電磁場的交替建立過程不能順利延續，電磁波就會改變傳輸方式，對外的表現就是出現信號的反射和串擾，也就出現了信號完整性的問題。

信號的推進過程

我們要知道電流永遠都是一個回路，電流總是趨于流向阻抗低的路徑。作者說信號的傳輸過程不是從發送端經過傳輸線的信號發送路徑到達接收端，再從接收端經過返回路徑返回到發送端，而是信號在傳輸線周圍空間形成交變的電磁場。

信號在發送路徑和返回路徑之間建立電磁場，從而使得兩導線之間會產生電壓，這個電壓是沿著傳輸線逐步向前推進的。如下圖所示為信號的推進過程：

信號的推進過程

信號的推進過程可以看成是給發送路徑和返回路徑之間的一個個電容器充電的過程，信號每向前移動一段，就要把一些正電荷加到發送電路，加一些負電荷到接收線路上。那么在恒定時間t內就有恒定的電量Q流出，就可以得到恒定的電流。

信號的電壓由信號源決定，而電流的大小取決于每步長度的電容和電容充電時間的長短，這和信號每步感受到的阻抗相關，這個阻抗稱為瞬態阻抗。如果信號在傳輸過程的每一步瞬態阻抗都相同，那么稱該傳輸線為可控阻抗的傳輸線。這是傳輸線的一個重要特性，稱為特性阻抗。

影響特性阻抗的因素

影響特性阻抗的主要因素有線寬、介質厚度、介質的介電常數、PCB走線的銅皮厚度和PCB走線距離參考平面（信號回流平面）的距離。實際的傳輸線還存在信號損耗，主要包含阻性損耗、介質損耗、相鄰耦合損耗、反射損耗和輻射損耗。

審核編輯：劉清