PCB技術在高速設計中的特性阻抗問題

　　特性阻抗的計算

　　簡單的特性阻抗模型：Z=V/I，Z代表信號傳遞過程中每一步的阻抗，V代表信號進入傳輸線時的電壓，I代表電流。I=±Q/±t，Q代表電量，t代表每一步的時間。

　　電量（來源于電池）：±Q=±C×V，C代表電容，V代表電壓。電容可以用傳輸線單位長度容量CL和信號傳遞速度v來推導。單位引腳的長度值當作速度，再乘以每步所需時間t， 則得到公式： ±C=CL×v×（±）t.綜合以上各項，我們可以得出特性阻抗：Z=V/I=V/（±Q/±t）=V/（±C×V/±t）=V/（CL×v×（±）t×V/±t）=1/（CL×v）

　　可以看出，特性阻抗跟傳輸線單位長度容量和信號傳遞速度有關。為了區(qū)別特性阻抗和實際阻抗Z，我們在Z后面加上0.傳輸線特性阻抗為：Z0=1/（CL×v）

　　如果傳輸線單位長度容量和信號傳遞速度保持不變，那么傳輸線特性阻抗也保持不變。這個簡單的說明能將電容常識和新發(fā)現(xiàn)的特性阻抗理論聯(lián)系在一起。如果增加傳輸線單位長度容量，例如加粗傳輸線，可降低傳輸線特性阻抗。

　　特性阻抗的測量

　　當電池和傳輸線連接時（假如當時阻抗為50歐姆），將歐姆表連接在3英尺長的RG58光纜上，這時如何測無窮阻抗呢？任何傳輸線的阻抗都和時間有關。如果你在比光纜反射更短的時間里測量光纜的阻抗，你測量到的是“浪涌”阻抗，或特性阻抗。但是如果等待足夠長的時間直到能量反射回來并接收后，經(jīng)測量可發(fā)現(xiàn)阻抗有變化。一般來說，阻抗值上下反彈后會達到一個穩(wěn)定的極限值。

　　對于3英尺長的光纜，必須在3納秒內(nèi)完成阻抗的測量。TDR（時間域反射儀）能做到這一點，它可以測量傳輸線的動態(tài)阻抗。如果在1秒鐘內(nèi)測量3英尺光纜的阻抗，信號會來回反射數(shù)百萬次，因此會得到不同的“浪涌”阻抗。

　　本文作者Eric Bogatin在麻省理工學院獲得物理學學士學位，在亞利桑那州立大學獲得物理學碩士和博士學位。他曾在ATT公司、貝爾實驗室和太陽微系統(tǒng)等著名公司工作過?，F(xiàn)任Bogatin公司獨立顧問，專門從事信號完整性及互連設計的培訓工作。