《高速电路设计与仿真自学笔记》（五）传输线的定义

前情提要：上一篇简述了信号质量相关的术语。前文链接《高速电路设计与仿真自学笔记》（四）信号质量—续-优快云博客

目录

1.何为传输线

2.传输线理论基础

3.理解特征阻抗

---

1.何为传输线

●定义：传输线（Transmission Line）是指用来把能量（电磁波能量和信息）从一端传送到另一端的导体结构。

当信号互连的电路尺寸接近信号中设计者所关心的最高频率的波长时，互连线上不同位置的电压或电流的大小与相位均可能不相同，传输线效应就会变得显著，此时需要考虑传输线的特性，需要用到分布式元件来考虑。（参考《高速电路设计与仿真自学笔记》（一）SI概念-优快云博客 分布与集总。）

传输线的一个重要特性是它们能够支持信号的回流。回流信号大多通过地平面返回，这是保持信号完整性的关键。此外，传输线还涉及入射电流和返回电流的概念，其中返回电流是通过磁场耦合产生的。当具有多个返回路径时，返回路径与信号的距离很大程度上决定了返回电流的大小。

所以，PCB上的走线、同轴电缆、双绞线束等有信号回流的信号传输路径都可以看作传输线。

现代的智能手机、计算机、通信设备等电子产品都内含复杂的电路板，这些电路板上的走线都可以认为是传输线，它们负责把各种芯片连接在一起，并相互进行通信。

2.传输线理论基础

传输线理论实际是把电磁场转换为电路的分析来简化分析的手段，分布式元件的传输线电路模型如图1-1所示，传输线由一段段的RLGC元件组成。

图1-1 传输线电路模型

R=两导体中单位长度的串联电阻，单位Ω/m。

L=两导体中单位长度的串联电感，单位H/m。

G=两导体中单位长度的并联电导，单位S/m。

C=两导体中单位长度的并联电容，单位F/m。

3.理解特征阻抗

为了更简便地分析传输线，引入特征阻抗的概念，由特征阻抗来进行信号传输的分析。将传输线等效成分段电路模型后，可以用电路的理论来求解。（具体求解过程不体现在此文，几个相关的词值得记忆：基尔霍夫定律；时域传输线方程式称为电报方程式；α称为传播损耗常数；β称为相位或传播速度常数；电流波；电压波）

特征阻抗，或称特性阻抗，是衡量PCB上传输线的最重要指标。

PCB传输线的特征/特性阻抗不是直流电阻，它属于长线传输中的概念。
特征阻抗是一个在传输线的某个点上的瞬时入射电压与入射电流或者反射电压与反射电流的比值。

和传输阻抗的概念并不一致，传输阻抗是某个端口上总的电压和电流的比值。

只有在整个传输路径上阻抗完全匹配且没有反射存在的情况下，特征阻抗才等于传输阻抗。
特征阻抗是相对于参考回流路径的。

---

参考文献：《Cadence高速电路设计 Allegro Sigrity SIPIEMI设计指南》陈兰兵