PCB板上多长的走线才是传输线？答案是……

wushy

传输线的定义是有信号回流的信号线（由两条一定长度导线组成，一条是信号传播路径，另一条是信号返回路径），最常见的传输线也就是我们PCB板上的走线。那么，PCB板上多长的走线才是传输线呢？


PCB板上多长的走线才是传输线？
# r1 A5 N% b' G5 w, R2 T! c* Z
, ^  m0 g/ F5 Y: b& B
  H2 H: L8 ?/ T" W1 p
4 k: A# \: H5 L& q) K, c　　这和信号的传播速度有关，在FR4板材上铜线条中信号速度为6in/ns。简单的说，只要信号在走线上的往返时间大于信号的上升时间，PCB上的走线就应当做传输线来处理。


6 X' W! }" \; S% q% a" S/ P) N9 T
3 w* {( @! }2 q4 o　　我们看信号在一段长走线上传播时会发生什么情况。假设有一段60英寸长的PCB走线，如图1所示，返回路径是PCB板内层靠近信号线的地平面，信号线和地平面间在远端开路。


　　信号在这条走线上向前传播，传输到走线尽头需要10ns，返回到源端又需要10ns，则总的往返时间是20ns。如果把上面的信号往返路径看成普通的电流回路的话，返回路径上应该没有电流，因为在远端是开路的。但实际情况却不是这样，返回路径在信号上后最初的一段时间有电流。

. l+ ^7 J2 v3 D# d  K; @7 P6 U/ t

/ W- i) ~5 k3 p  Y1 C　　在这段走线上加一个上升时间为1ns的信号，在最初的1ns时间，信号还线条上只走了6英寸，不知道远端是开路还是短路，那么信号感觉到的阻抗有多大，怎么确定？如果把信号往返路径看成普通的电流回路的话就会产生矛盾，所以，必须按传输线处理。
: B4 H4 R: J* ?6 k3 n: L. w3 E
$ h5 F( s9 I6 d

　　实际上，在信号线条和返回地平面间存在寄生电容，如图2所示。当信号向前传播过程中，A点处电压不断不变化，对于寄生电容来说，变化的电压意味着产生电流，方向如图中虚线所示。因此信号感受到的阻抗就是电容呈现出来的阻抗，寄生电容构成了电流回流的路径。信号在向前传播所经过的每一点都会感受到一个阻抗，这个阻抗是变化的电压施加到寄生电容上产生的，通常叫做传输线的瞬态阻抗。
) a- J% \/ F: K  b/ G4 n; S
9 N9 x2 c2 s; U& n' n7 \6 C3 I) @7 I
　　当信号到达远端，远端的电压升至信号的最终电压后，电压不再变化。虽然寄生电容还是存在，但是没有电压的变化，电容相当于开路，这对应的就是直流情况。

; b. P% W- j+ c: d) a/ T

　　因此，这个信号路径短期的表现和长期的表现不一样，在起始一小段时间内，表现就是传输线。即使传输线远端开路，在信号跳变期间，传输线前段的性能也会像一个阻值有限的电阻。
4 T0 Z8 r! G8 g' B* G
6 F3 _# X0 [& L

, a' Q5 c1 I( R& L$ }0 f, c: n知识扩展：传输线阻抗



$ P3 [1 {- o: \　　先来澄清几个概念，我们经常会看到阻抗、特性阻抗、瞬时阻抗，严格来讲，他们是有区别的，但是万变不离其宗，它们仍然是阻抗的基本定义：
- u9 g& T& f& n8 B0 h) y
　　将传输线始端的输入阻抗简称为阻抗；

　　将信号随时遇到的及时阻抗称为瞬时阻抗；

　　如果传输线具有恒定不变的瞬时阻抗，就称之为传输线的特性阻抗。
( u# ]# Z$ g* j7 ?9 u
: F6 }" ^4 D, ?$ i4 V- T6 |& W

. \: P$ O( Q, w7 m: K0 e特性阻抗描述了信号沿传输线传播时所受到的瞬态阻抗，这是影响传输线电路中信号完整性的一个主要因素。

　　如果没有特殊说明，一般用特性阻抗来统称传输线阻抗。

grand

信号在这条走线上向前传播，传输到走线尽头需要10ns，返回到源端又需要10ns，则总的往返时间是20ns。如果把上面的信号往返路径看成普通的电流回路的话，返回路径上应该没有电流，因为在远端是开路的。但实际情况却不是这样，返回路径在信号上后最初的一段时间有电流。

rural

当信号到达远端，远端的电压升至信号的最终电压后，电压不再变化。虽然寄生电容还是存在，但是没有电压的变化，电容相当于开路，这对应的就是直流情况。

bow

在这段走线上加一个上升时间为1ns的信号，在最初的1ns时间，信号还线条上只走了6英寸，不知道远端是开路还是短路，那么信号感觉到的阻抗有多大，怎么确定？如果把信号往返路径看成普通的电流回路的话就会产生矛盾，所以，必须按传输线处理。