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今天的我們繼續(xù)第一章節(jié)傳輸線相關(guān)知識的講解。

01 阻抗

（1）傳輸線等效模型：均勻傳輸線可以等效為一段段集總元件RLGC的組合。因?yàn)镽和G可以忽略，最終可以簡化為一段段LC電路，如圖1所示。

圖1 傳輸線等效模型

（2）特性阻抗：信號在傳輸過程中每達(dá)到一個(gè)點(diǎn)，該處信號線和參考平面就會形成電場，進(jìn)而產(chǎn)生瞬間的小電流，這樣在信號傳輸?shù)倪^程中，傳輸線的每一點(diǎn)都會等效成一個(gè)電阻，這就是傳輸線的特性阻抗。

簡化公式：Z≈√(????/????)

（3）阻抗在實(shí)際應(yīng)用中最直接的影響就是反射。阻抗連續(xù)則信號質(zhì)量較好，阻抗不連續(xù)則會造成信號反射，帶來振蕩等一系列信號質(zhì)量問題，如圖3、4 阻抗不匹配造成反射問題仿真。

圖2、3 ADS仿真：阻抗不匹配造成信號反射

（4）實(shí)際工程中，IC出線區(qū)、過孔等都會造成阻抗不連續(xù)。但阻抗不連續(xù)造成的反射對信號的影響并非全部不可接受，主要取決于不連續(xù)區(qū)域的走線長度和信號頻率。一般，不連續(xù)區(qū)域的傳輸延時(shí)小于0.2倍的上升時(shí)間，則阻抗不連續(xù)造成的影響較小（和高速信號定義類似）。如圖5、6不同長度阻抗不連續(xù)走線造成的反射影響的仿真。

圖4、5 ADS仿真：不同長度阻抗不連續(xù)走線造成的反射影響

02 損耗

（1）理想傳輸線并不存在，所有信號在傳輸過程中都會存在損耗。

常見傳輸線損耗有：導(dǎo)體損耗和介質(zhì)損耗，低頻下?lián)p耗主要為導(dǎo)體損耗，高頻主要為介質(zhì)損耗。

（2）導(dǎo)體損耗：通常表現(xiàn)在趨膚效應(yīng)和表面粗糙度帶來的阻性損耗。

a、可以使用反轉(zhuǎn)銅和壓延銅來降低表面粗糙度。

b、趨膚效應(yīng)：隨著頻率的提高，交變電流集中在導(dǎo)體表面；而臨近效應(yīng)會進(jìn)一步惡化趨膚效應(yīng)帶來的影響。

圖6 銅表面粗糙度

圖7 銅材質(zhì)下不同頻率的趨膚深度

（3）介質(zhì)損耗：通常表現(xiàn)在漏電流和偶極子重取向帶來的損耗。

a、漏電流：非理想電介質(zhì)的帶電粒子運(yùn)動產(chǎn)生的電流；

b、偶極子重取向：在電場作用下，偶極子將沿著電場方向重排列，運(yùn)動的過程中就像短暫的電流流過介質(zhì)（也可以理解為克服分子熱運(yùn)動做功），因此造成損耗；

c、損耗角正切（Df）：FR4板材通常為0.022，高頻板材可以降低一個(gè)數(shù)量級。

圖8 偶極子重取向示意圖

（4）介質(zhì)損耗更容易損耗掉高頻分量的能量?？梢圆捎镁馀c預(yù)加重來補(bǔ)償信號損失。傳輸路徑越長，損耗越嚴(yán)重。如下圖所示。

圖9、10 ADS仿真：不同板材和走線長度的損耗對比

（5）微帶線與帶狀線的損耗對比：理論上微帶線由于一側(cè)為空氣，一側(cè)介質(zhì)，因此部分磁場分散在空氣中，能帶來更小的損耗與更快的傳播速度。但由于實(shí)際中，PCB生產(chǎn)時(shí)微帶線會覆蓋綠油，而綠油的損耗比介質(zhì)更大，因此在使用高速板材的情況下，微帶線的損耗反而大于帶狀線。

圖11、12 ADS仿真：不同板材，有無綠油情況下微帶線和帶狀線的損耗