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1. 高速信號的基本概念 提到“高速信號”，就需要先明確什么是“高速”，MHz速率級別的信號算高速、還是GHz速率級別的信號算高速？ 傳統的SI理論對于“高速信號”有經(jīng)典的定義。 SI：Signal Integrity ，即 信號完整性。 SI理論對于PCB互連線(xiàn)路的信號傳輸行為理解，信號邊沿速率幾乎完全決定了信號中的最大頻率成分，通常當信號邊沿時(shí)間小于4~6倍的互連傳輸延時(shí)的情況下，信號互連路徑會(huì )被當做分布參數模型處理，需要考慮SI行為。 
圖1 信號邊沿時(shí)間與電路傳輸延時(shí) 所謂“高速”，就是指“信號邊沿時(shí)間小于4~6倍的互連傳輸延時(shí)”，可以看出電路板傳輸的信號是否為“高速”，不只取決于信號的邊沿速率，還取決于電路板線(xiàn)路的路徑長(cháng)度大小，當兩者存在一定的比例關(guān)系時(shí)，該信號應該按照“高速信號”進(jìn)行處理。 要更好的理解上面的“高速信號”含義，需要先明白“傳輸線(xiàn)理論”。 2. 傳輸線(xiàn)理論 2.1 PCB的傳輸線(xiàn)結構 典型PCB中所見(jiàn)到的傳輸線(xiàn)結構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)參考平面的導線(xiàn)構成。典型PCB中的金屬是銅，而電介質(zhì)是一種叫FR4的玻璃纖維。數字設計中最常見(jiàn)的兩種傳輸線(xiàn)類(lèi)型是微帶線(xiàn)和帶狀線(xiàn)。微帶線(xiàn)通常指PCB外層的走線(xiàn)，并且只有一個(gè)參考平面。微帶線(xiàn)有兩種類(lèi)型：埋式或非埋式。埋式（有時(shí)又稱(chēng)作潛入式）微帶線(xiàn)就是將一根傳輸線(xiàn)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(xiàn)是指介于兩個(gè)參考平面之間的內層走線(xiàn)。下圖所示為PCB上不同元件之間的內層走線(xiàn)（帶狀線(xiàn)）和外層走線(xiàn)（微帶線(xiàn)）。標識處的剖面圖顯示了傳輸線(xiàn)與地/電源層的相對關(guān)系。
圖2 典型PCB傳輸線(xiàn)示意圖 2.2 信號傳播路徑 當數字信號的邊沿速度（上升或下降時(shí)間）比在PCB走線(xiàn)上傳送的電信號的傳播延遲來(lái)得小時(shí)，信號將受到傳輸線(xiàn)效應的極大影響。電信號在傳輸線(xiàn)的傳送方式就如水流過(guò)一根長(cháng)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(guò)管子，電信號會(huì )以波的形式沿傳輸線(xiàn)傳送。另外，就如水在一定時(shí)間里流過(guò)管子一定長(cháng)度，電信號也將在一定時(shí)間里沿著(zhù)傳輸線(xiàn)傳送一定長(cháng)度。進(jìn)一步打個(gè)簡(jiǎn)單的比方，傳輸線(xiàn)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(xiàn)的常見(jiàn)方式。上面的線(xiàn)是信號路徑，而下面的線(xiàn)是電流的返回路徑。電壓Vs是從節點(diǎn)A輸入的初始電壓，而Vs和Zs是通常被定義為信號源或者激勵的輸出緩沖器的戴維南等效描述。
圖3 信號在PCB傳輸線(xiàn)的傳播 微帶線(xiàn)的電磁場(chǎng)分布可以參考下圖所示：
圖4 PCB微帶線(xiàn)的電磁場(chǎng)分布示意圖 2.3 傳輸線(xiàn)的等效模型 一般來(lái)說(shuō)，傳統的電路學(xué)理論適用于信號互連的電路尺寸遠小于傳輸信號中設計者所關(guān)注的最高頻率所對應波長(cháng)的電路結構分析。此時(shí)，信號的互連等效于一階電路元件，被稱(chēng)為“集總元件”（Lumped Elements）；反之，當信號互連的電路尺寸接近傳輸信號中設計者多關(guān)心的最高頻率所對應的波長(cháng)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，信號的互連等效于多階電路元件，因而被稱(chēng)為“分布式元件”（Distributed Elements）。 簡(jiǎn)單點(diǎn)說(shuō)，“集總元件”就是把整個(gè)電路互連鏈路用單個(gè)RLGC模型來(lái)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)行級聯(lián)。
圖5 RLGC模型單元 2.4 特征阻抗 傳輸線(xiàn)的特性阻抗Zo定義為線(xiàn)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(cháng)度歐姆，L為每單位長(cháng)度亨利，G為每單位長(cháng)度西門(mén)子，C為每單位長(cháng)度法拉，而為每秒弧度。 因為R和G都比其他項要小得多（僅在甚高頻或有極大損耗線(xiàn)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(xiàn)與帶狀線(xiàn)的相關(guān)參數 （1）微帶線(xiàn)
（2）帶狀線(xiàn)
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