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1. 高速信號(hào)的基本概念 提到“高速信號(hào)”，就需要先明確什么是“高速”，MHz速率級(jí)別的信號(hào)算高速、還是GHz速率級(jí)別的信號(hào)算高速？ 傳統(tǒng)的SI理論對(duì)于“高速信號(hào)”有經(jīng)典的定義。 SI：Signal Integrity ，即 信號(hào)完整性。 SI理論對(duì)于PCB互連線路的信號(hào)傳輸行為理解，信號(hào)邊沿速率幾乎完全決定了信號(hào)中的最大頻率成分，通常當(dāng)信號(hào)邊沿時(shí)間小于4~6倍的互連傳輸延時(shí)的情況下，信號(hào)互連路徑會(huì)被當(dāng)做分布參數(shù)模型處理，需要考慮SI行為。 
圖1 信號(hào)邊沿時(shí)間與電路傳輸延時(shí) 所謂“高速”，就是指“信號(hào)邊沿時(shí)間小于4~6倍的互連傳輸延時(shí)”，可以看出電路板傳輸?shù)男盘?hào)是否為“高速”，不只取決于信號(hào)的邊沿速率，還取決于電路板線路的路徑長(zhǎng)度大小，當(dāng)兩者存在一定的比例關(guān)系時(shí)，該信號(hào)應(yīng)該按照“高速信號(hào)”進(jìn)行處理。 要更好的理解上面的“高速信號(hào)”含義，需要先明白“傳輸線理論”。 2. 傳輸線理論 2.1 PCB的傳輸線結(jié)構(gòu) 典型PCB中所見到的傳輸線結(jié)構(gòu)是由嵌入或臨近電介質(zhì)或絕緣材料，并且具有一個(gè)或多個(gè)參考平面的導(dǎo)線構(gòu)成。典型PCB中的金屬是銅，而電介質(zhì)是一種叫FR4的玻璃纖維。數(shù)字設(shè)計(jì)中最常見的兩種傳輸線類型是微帶線和帶狀線。微帶線通常指PCB外層的走線，并且只有一個(gè)參考平面。微帶線有兩種類型：埋式或非埋式。埋式（有時(shí)又稱作潛入式）微帶線就是將一根傳輸線簡(jiǎn)單地嵌入電介質(zhì)中，但其依然只有一個(gè)參考平面。帶狀線是指介于兩個(gè)參考平面之間的內(nèi)層走線。下圖所示為PCB上不同元件之間的內(nèi)層走線（帶狀線）和外層走線（微帶線）。標(biāo)識(shí)處的剖面圖顯示了傳輸線與地/電源層的相對(duì)關(guān)系。
圖2 典型PCB傳輸線示意圖 2.2 信號(hào)傳播路徑 當(dāng)數(shù)字信號(hào)的邊沿速度（上升或下降時(shí)間）比在PCB走線上傳送的電信號(hào)的傳播延遲來得小時(shí)，信號(hào)將受到傳輸線效應(yīng)的極大影響。電信號(hào)在傳輸線的傳送方式就如水流過一根長(zhǎng)的方形管子一樣。這就是所謂的電波傳播。就如水是以波的形式流過管子，電信號(hào)會(huì)以波的形式沿傳輸線傳送。另外，就如水在一定時(shí)間里流過管子一定長(zhǎng)度，電信號(hào)也將在一定時(shí)間里沿著傳輸線傳送一定長(zhǎng)度。進(jìn)一步打個(gè)簡(jiǎn)單的比方，傳輸線上的電壓比作水在管子中的高度，而電流比作水的流量。下圖所示為表示傳輸線的常見方式。上面的線是信號(hào)路徑，而下面的線是電流的返回路徑。電壓Vs是從節(jié)點(diǎn)A輸入的初始電壓，而Vs和Zs是通常被定義為信號(hào)源或者激勵(lì)的輸出緩沖器的戴維南等效描述。
圖3 信號(hào)在PCB傳輸線的傳播 微帶線的電磁場(chǎng)分布可以參考下圖所示：
圖4 PCB微帶線的電磁場(chǎng)分布示意圖 2.3 傳輸線的等效模型 一般來說，傳統(tǒng)的電路學(xué)理論適用于信號(hào)互連的電路尺寸遠(yuǎn)小于傳輸信號(hào)中設(shè)計(jì)者所關(guān)注的最高頻率所對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的電路結(jié)構(gòu)分析。此時(shí)，信號(hào)的互連等效于一階電路元件，被稱為“集總元件”（Lumped Elements）；反之，當(dāng)信號(hào)互連的電路尺寸接近傳輸信號(hào)中設(shè)計(jì)者多關(guān)心的最高頻率所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)時(shí)，由于互連路徑上不同位置的電壓或電流的大小與相位均可能不同，信號(hào)的互連等效于多階電路元件，因而被稱為“分布式元件”（Distributed Elements）。 簡(jiǎn)單點(diǎn)說，“集總元件”就是把整個(gè)電路互連鏈路用單個(gè)RLGC模型來表征，“分布式元件”就是把整個(gè)電路互連鏈路分解為多個(gè)RLGC模型單元進(jìn)行級(jí)聯(lián)。
圖5 RLGC模型單元 2.4 特征阻抗 傳輸線的特性阻抗Zo定義為線上任意點(diǎn)的電壓波和電流波的比率，即V/I =Zo 其中，R為每單位長(zhǎng)度歐姆，L為每單位長(zhǎng)度亨利，G為每單位長(zhǎng)度西門子，C為每單位長(zhǎng)度法拉，而為每秒弧度。 因?yàn)镽和G都比其他項(xiàng)要小得多（僅在甚高頻或有極大損耗線時(shí)，阻抗的R和G分量才變得重要）），通常特征阻抗近似為： 2.4 微帶線與帶狀線的相關(guān)參數(shù) （1）微帶線
（2）帶狀線
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