PCB技術(shù)在高速設計中的特性阻抗問(wèn)題

　　特性阻抗的計算

　　簡(jiǎn)單的特性阻抗模型：Z=V/I，Z代表信號傳遞過(guò)程中每一步的阻抗，V代表信號進(jìn)入傳輸線(xiàn)時(shí)的電壓，I代表電流。I=±Q/±t，Q代表電量，t代表每一步的時(shí)間。

　　電量（來(lái)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(xiàn)單位長(cháng)度容量CL和信號傳遞速度v來(lái)推導。單位引腳的長(cháng)度值當作速度，再乘以每步所需時(shí)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(xiàn)單位長(cháng)度容量和信號傳遞速度有關(guān)。為了區別特性阻抗和實(shí)際阻抗Z，我們在Z后面加上0.傳輸線(xiàn)特性阻抗為：Z0=1/（CL×v）

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

　　特性阻抗的測量

　　當電池和傳輸線(xiàn)連接時(shí)（假如當時(shí)阻抗為50歐姆），將歐姆表連接在3英尺長(cháng)的RG58光纜上，這時(shí)如何測無(wú)窮阻抗呢？任何傳輸線(xiàn)的阻抗都和時(shí)間有關(guān)。如果你在比光纜反射更短的時(shí)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(cháng)的時(shí)間直到能量反射回來(lái)并接收后，經(jīng)測量可發(fā)現阻抗有變化。一般來(lái)說(shuō)，阻抗值上下反彈后會(huì )達到一個(gè)穩定的極限值。

　　對于3英尺長(cháng)的光纜，必須在3納秒內完成阻抗的測量。TDR（時(shí)間域反射儀）能做到這一點(diǎn)，它可以測量傳輸線(xiàn)的動(dòng)態(tài)阻抗。如果在1秒鐘內測量3英尺光纜的阻抗，信號會(huì )來(lái)回反射數百萬(wàn)次，因此會(huì )得到不同的“浪涌”阻抗。

　　本文作者Eric Bogatin在麻省理工學(xué)院獲得物理學(xué)學(xué)士學(xué)位，在亞利桑那州立大學(xué)獲得物理學(xué)碩士和博士學(xué)位。他曾在A(yíng)TT公司、貝爾實(shí)驗室和太陽(yáng)微系統等著(zhù)名公司工作過(guò)?，F任Bogatin公司獨立顧問(wèn)，專(zhuān)門(mén)從事信號完整性及互連設計的培訓工作。