生产管理文件集合-高速设计中的特性阻抗问题(DOC5)

高速设计中的特性阻抗问题
设计专栏, 电路板设计
在高速设计中，可控阻抗板和线路的特性阻抗问题困扰着许
多中国工程师。本文通过简单而且直观的方法介绍了特性阻
抗的基本性质、计算和测量方法。
在高速设计中，可控阻抗板和线路的特性阻抗是最重
要和最普遍的问题之一。首先了解一下传输线的定
义：传输线由两个具有一定长度的导体组成，一个导
体用来发送信号，另一个用来接收信号(切记“回路”
取代“地”的概念)。在一个多层板中，每一条线路
都是传输线的组成部分，邻近的参考平面可作为第二
条线路或回路。一条线路成为“性能良好”传输线的
关键是使它的特性阻抗在整个线路中保持恒定。
线路板成为“可控阻抗板”的关键是使所有线路的特性阻抗
满足一个规定值，通常在 25 欧姆和 70 欧姆之间。在多层线
路板中，传输线性能良好的关键是使它的特性阻抗在整条线
路中保持恒定。
但是，究竟什么是特性阻抗？理解特性阻抗最简单的方法是
看信号在传输中碰到了什么。当沿着一条具有同样横截面传
输线移动时，这类似图 1 所示的微波传输。假定把 1 伏特的
电压阶梯波加到这条传输线中，如把 1 伏特的电池连接到传
输线的前端(它位于发送线路和回路之间)，一旦连接，这个
电压波信号沿着该线以光速传播，它的速度通常约为 6 英寸/
纳秒。当然，这个信号确实是发送线路和回路之间的电压差，
它可以从发送线路的任何一点和回路的相临点来衡量。图 2
是该电压信号的传输示意图。
Zen 的方法是先“产生信号”，然后沿着这条传输线以 6 英
寸/纳秒的速度传播。第一个 0.01 纳秒前进了 0.06 英寸，
这时发送线路有多余的正电荷，而回路有多余的负电荷，正
是这两种电荷差维持着这两个导体之间的 1 伏电压差，而这
两个导体又组成了一个电容器。
在下一个 0.01 纳秒中，又要将一段 0.06 英寸传输线的电压
从 0 调整到 1 伏特，这必须加一些正电荷到发送线路，而加
一些负电荷到接收线路。每移动 0.06 英寸，必须把更多的