第四章传输线的物理基础1第四章传输线的物理基础第四章传输线的物理基础24.0引言•4.0引言•信号完整性分析是基于传输线理论的。要从认识传输线开始！•传输线到底是什么？同轴电缆是一种传输线，多层板中的PCB线条也是一种传输线。图图4.04.0传输线由任意两条有一定长度的导线传输线由任意两条有一定长度的导线组成。其中一条标记为信号路径，另一个为返组成。其中一条标记为信号路径，另一个为返回路径回路径。第四章传输线的物理基础34.0引言•传输线有两个非常重要的特征：特性阻抗和时延。最关心的是信号与传输线的相互作用。•理想传输线的电气特性在某些情况下是可以用L-C组合来近似的。•与L-C近似相比理想传输线模型的性能与实际互连线的实测性能更加吻合，模型的带宽也更高。第四章传输线的物理基础44.1滥用“地”和“接地”•4.1滥用“地”和“接地”以往，总是将传输线的返回路径简单地当作地线。在信号完整性的设计过程中，造成问题的一种常见现象就是滥用“地”这一名词。应当习惯于把其他导体看作是返回路径。信号完整性的许多问题，都是返回路径设计不当产生的。要认真设计信号之外其他路径的几何形状。当把其他某一路径称作地时，我们通常将它看成是所有电流的汇合处。返回电流流进这里，又从这里流向其他接地处。这是一种完全错误的观点！第四章传输线的物理基础54.1滥用“地”和“接地”返回电流是要紧靠信号电流。前面介绍了高频时信号路径和返回路径的回路电感要最小化。只要情况允许，返回路径会尽量靠近信号路径。返回路径有时是个电压平面，如Vcc或Vdd平面；有时是一个低电压平面。第四章传输线的物理基础64.2均匀传输线•4.2均匀传输线当两条线是一样时，如双绞线，信号路径与返回路径没有严格的区分。可以指定任意一条为信号路径，而另一条条为返回路径。如果两条导线不相同，如微带线，通常把较窄的那条叫做信号路径，而把平面称为返回路径。某一时刻信号波形，信号指的是信号线和返回线两点间的电压。第四章传输线的物理基础74.2均匀传输线如果导线上任何一处的横截面相同，如同轴电缆，称这种传输线为均匀传输线。下图给出了各种均匀传输线。twistedpair：双绞线Coax：同轴电缆Coplanar：共面线Microstrip：微带线embeddedmicrostrip：嵌入微带线Stripline：带状线asymmetricstripline：非对称带状线第四章传输线的物理基础84.2均匀传输线均匀传输线也称为可控阻抗传输线。如果传输线是均匀的或者是可控阻抗的，那么反射就会减小，信号的质量就会更优。所有的高速互连线都必须设计成均匀传输线。整条导线，若几何结构或材料属性发生变化，传输线就是不均匀的。如两条导线的间距变化，那它就是非均匀传输线。非均匀传输线除非走线足够短，否则就会引起信号完整性问题。信号完整性优化设计的目标：将所有互连线都设计成均匀传输线，减小所有非均匀传输线的长度。第四章传输线的物理基础94.2均匀传输线另一个几何参数是两条导线的相似程度。如果两导线的形状和大小都一样，称为对称传输线，如双绞线。共面线在同一层并列的两条线，也是对称传输线。同轴电缆是非对称传输线，因为它的中心导线要比外面的导线小。微带线也是一种非对称传输线，因为两条导线的宽度不一样。带状线也是非对称传输线。一般来说，绝大多数传输线本身的对称与否对信号的反射失真和串扰效应都不会造成什么影响。然而，返回路径的具体结构将严重影响地弹和电磁干扰问题。第四章传输线的物理基础104.3传输线上信号的速度•4.3传输线上信号的速度实际铜导线中的电子速度要比信号的速度要低得多。当信号在传输线上传播时，两导线间就会产生电压。在电压的作用下，电流必然在信号路径和返回路径中流动。这样使两导体充电产生电压，从而建立电场，而两导体之间的电流回路产生了磁场。第四章传输线的物理基础114.3传输线上信号的速度导线中电子的速度与信号的速度没有任何关系。导线周围的介质、信号在传输线导体周围空间形成交变电磁场的建立速度和传播速度三者共同决定了信号的传播速度。)/(nsinvrrrr12100为自由空间介电常数，其值为8.8910-19F/m；r为材料的...
