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多長的走線才是傳輸線？

這和信號的傳播速度有關(guān)，在FR4板材上銅線條中信號速度為6in/ns。簡單的說，只要信號在走線上的往返時間大于信號的上升時間，PCB上的走線就應(yīng)當(dāng)做傳輸線來處理。

我們看信號在一段長走線上傳播時會發(fā)生什么情況。假設(shè)有一段60英寸長的PCB走線，如圖1所示，返回路徑是PCB板內(nèi)層靠近信號線的地平面，信號線和地平面間在遠(yuǎn)端開路。

 圖1

信號在這條走線上向前傳播，傳輸?shù)阶呔€盡頭需要10ns，返回到源端又需要10ns，則總的往返時間是20ns。如果把上面的信號往返路徑看成普通的電流回路的話，返回路徑上應(yīng)該沒有電流，因?yàn)樵谶h(yuǎn)端是開路的。但實(shí)際情況卻不是這樣，返回路徑在信號上后最初的一段時間有電流。

在這段走線上加一個上升時間為1ns的信號，在最初的1ns時間，信號還線條上只走了6英寸，不知道遠(yuǎn)端是開路還是短路，那么信號感覺到的阻抗有多大，怎么確定？如果把信號往返路徑看成普通的電流回路的話就會產(chǎn)生矛盾，所以，必須按傳輸線處理。

實(shí)際上，在信號線條和返回地平面間存在寄生電容，如圖2所示。當(dāng)信號向前傳播過程中，A點(diǎn)處電壓不斷不變化，對于寄生電容來說，變化的電壓意味著產(chǎn)生電流，方向如圖中虛線所示。因此信號感受到的阻抗就是電容呈現(xiàn)出來的阻抗，寄生電容構(gòu)成了電流回流的路徑。信號在向前傳播所經(jīng)過的每一點(diǎn)都會感受到一個阻抗，這個阻抗是變化的電壓施加到寄生電容上產(chǎn)生的，通常叫做傳輸線的瞬態(tài)阻抗。

圖2

當(dāng)信號到達(dá)遠(yuǎn)端，遠(yuǎn)端的電壓升至信號的最終電壓后，電壓不再變化。雖然寄生電容還是存在，但是沒有電壓的變化，電容相當(dāng)于開路，這對應(yīng)的就是直流情況。

因此，這個信號路徑短期的表現(xiàn)和長期的表現(xiàn)不一樣，在起始一小段時間內(nèi)，表現(xiàn)就是傳輸線。即使傳輸線遠(yuǎn)端開路，在信號跳變期間，傳輸線前段的性能也會像一個阻值有限的電阻。   

(作者：于爭博士)

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更多內(nèi)容：

信號完整性(一)：PCB走線中途容性負(fù)載反射

信號完整性(二)：接收端容性負(fù)載的反射

信號完整性(三)：PCB走線寬度變化產(chǎn)生的反射

信號完整性(四)：信號振鈴是怎么產(chǎn)生的

信號完整性(五)：信號反射