信号完整性SI学习笔记_chapter7

其中：

瞬态阻抗只与传输线横截面与材料特性共同决定，与长度无关。

特性阻抗与可控阻抗

均匀传输线上，信号任意处瞬态阻抗一致。 特性阻抗：反映传输线特性的恒定瞬态阻抗，Z0表示，单位欧姆。每种传输线都有其特性阻抗。

传输线均匀则仅有一个特性阻抗。衡量均匀度的方法：沿线瞬态阻抗的稳定程度或者特性阻抗的稳定程度。

可控阻抗传输线：传输线横截面不变即恒阻抗的传输线称为可控阻抗传输线

有名的特性阻抗

常见：

自由空间的特性阻抗

天线阻抗与之匹配时，天线辐射量最优。 50Ω特征阻抗：大致是同轴线几何外形的衰减和可制造性的最佳平衡点。测试测量与50Ω标准值匹配，仪器件的反射会减小，信号质量提升。

传输线的阻抗

区别于特性阻抗，瞬态阻抗，传输线的阻抗涉及信号返回过程，是一个随时间变化的量。

阻抗测量（欧姆表）：用1V电压加在被测元件两端，然后测电压与电流比值。

在信号返回时间内，阻抗就是特性阻抗，在相对测量的时间较近范围看，就是特性阻抗。但最终会达到开路。

由此，特别区分三个阻抗： 传输线的阻抗是可变的，传输时间内特性阻抗，此后最终为开路。 瞬态阻抗是信号沿传输线传播遇到的阻抗，大小受横截面影响，开路定义无穷大。 特性阻抗是几何结构与材料决定的传输线的特征，大小等于信号在均匀传输线上的瞬态阻抗。

返回时间是传输线的一个重要参数。下面给出三种介电常数（陶瓷、FR-4、空气）：

上升时间内的传输线，在对应长度范围内输入阻抗被视作纯电阻。

传输线的驱动

高速驱动器驱动传输线时，传输线在返回时间内表现为电阻，大小为特性阻抗。驱动器模型简化为高速切换电压源与源电阻，其具体电压与晶体管拓扑结构有关。

驱动器输出到引脚时，因为源电阻，驱动电压不能全加到驱动器输出引脚上。此公式得到分压后的电压，其中Z0为传输线特性阻抗。

为了保证驱动电压充足，源电阻应尽可能小。图为50Ω传输线上，驱动器输出源电阻与加到传输线电压百分比。

输出器输出阻抗低于10Ω，则成为线性驱动器。

返回路径

前文已指出，第二条线不是地线，而是返回路径！

此处讨论，假设微带线距离为地球到月球，1s前传以及1s返回时间，远端短路。回归零阶模型。

传输线想象为一串小电容，只有在电压发生改变的地方，电流才从信号路径流向返回路径。任何干扰电流回路的因素都会干扰信号并造成信号失真。为了保证SI，需要控制电流波前沿与电压波前沿，最重要的方法就是保持信号所受阻抗恒定。

电流流动特征; 趋肤效应：电信号只分布于导体表面 返回路径电流集中于信号路径下面，频率越高分布越集中

频率增加时，返回路径电流会选择最低阻抗路径，转化到回路电感最低的路径，即返回电流必将尽可能靠近信号电流。

返回路径中参考平面的切换

三层板：在信号路径附近的平面不是被驱动的平面时

电流分布趋于减小回路阻抗，于是返回路径从第三层平面耦合到第二层平面，然后又回到第一层信号路径。

由于趋肤效应影响，平面上精确的电流分布与频率有关。通常，电流在各平面的分布趋于减小信号—返回路径总电感，且只能用场求解，精确计算出分布情况。

举例： 导线厚度2mil，频率20MHz，从一段观察到的电流分布情况。

信号加在顶层导线与底部平面，中间平面悬空时，从一端观察电流分布。可以看到，淡色区为电流集中区，中间面有感应涡流。驱动器在两端受到阻抗为：（串联阻抗）

两平面阻抗Z2-3越小，信号受阻越接近于Z1-2。

驱动器所受阻抗主要取决于信号路径与之最近的平面构成的传输线的阻抗。与返回段平面无关。

其中：

TIP： 减小相邻平面间阻抗的方法在于尽量减小平面间介质厚度。还能使两平面紧密耦合。