信號完整性（六）：多長(cháng)的走線(xiàn)才是傳輸線(xiàn)

多長(cháng)的走線(xiàn)才是傳輸線(xiàn)?

這和信號的傳播速度有關(guān)，在FR4板材上銅線(xiàn)條中信號速度為6in/ns。簡(jiǎn)單的說(shuō)，只要信號在走線(xiàn)上的往返時(shí)間大于信號的上升時(shí)間，PCB上的走線(xiàn)就應當做傳輸線(xiàn)來(lái)處理。

我們看信號在一段長(cháng)走線(xiàn)上傳播時(shí)會(huì )發(fā)生什么情況。假設有一段60英寸長(cháng)的PCB走線(xiàn)，如圖1所示，返回路徑是PCB板內層靠近信號線(xiàn)的地平面，信號線(xiàn)和地平面間在遠端開(kāi)路。

信號在這條走線(xiàn)上向前傳播，傳輸到走線(xiàn)盡頭需要10ns，返回到源端又需要10ns，則總的往返時(shí)間是20ns。如果把上面的信號往返路徑看成普通的電流回路的話(huà)，返回路徑上應該沒(méi)有電流，因為在遠端是開(kāi)路的。但實(shí)際情況卻不是這樣，返回路徑在信號上后最初的一段時(shí)間有電流。

在這段走線(xiàn)上加一個(gè)上升時(shí)間為1ns的信號，在最初的1ns時(shí)間，信號還線(xiàn)條上只走了6英寸，不知道遠端是開(kāi)路還是短路，那么信號感覺(jué)到的阻抗有多大，怎么確定?如果把信號往返路徑看成普通的電流回路的話(huà)就會(huì )產(chǎn)生矛盾，所以，必須按傳輸線(xiàn)處理。

實(shí)際上，在信號線(xiàn)條和返回地平面間存在寄生電容，如圖2所示。當信號向前傳播過(guò)程中，A點(diǎn)處電壓不斷不變化，對于寄生電容來(lái)說(shuō)，變化的電壓意味著(zhù)產(chǎn)生電流，方向如圖中虛線(xiàn)所示。因此信號感受到的阻抗就是電容呈現出來(lái)的阻抗，寄生電容構成了電流回流的路徑。信號在向前傳播所經(jīng)過(guò)的每一點(diǎn)都會(huì )感受到一個(gè)阻抗，這個(gè)阻抗是變化的電壓施加到寄生電容上產(chǎn)生的，通常叫做傳輸線(xiàn)的瞬態(tài)阻抗。

當信號到達遠端，遠端的電壓升至信號的最終電壓后，電壓不再變化。雖然寄生電容還是存在，但是沒(méi)有電壓的變化，電容相當于開(kāi)路，這對應的就是直流情況。

因此，這個(gè)信號路徑短期的表現和長(cháng)期的表現不一樣，在起始一小段時(shí)間內，表現就是傳輸線(xiàn)。即使傳輸線(xiàn)遠端開(kāi)路，在信號跳變期間，傳輸線(xiàn)前段的性能也會(huì )像一個(gè)阻值有限的電阻。

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