傳輸線阻抗

先來(lái)澄清幾個(gè)概念，經(jīng)常會(huì)看到阻抗，特性阻抗，瞬時(shí)阻抗，嚴(yán)格來(lái)講，他們是有區(qū)別的，但是萬(wàn)變不離其宗，它們?nèi)匀皇亲杩沟幕径x。

將傳輸線始端的輸入阻抗簡(jiǎn)稱為阻抗

將信號(hào)隨時(shí)遇到的及時(shí)阻抗稱為瞬時(shí)阻抗

如果傳輸線具有恒定不變的瞬時(shí)阻抗，就稱之為傳輸線的特性阻抗

特性阻抗描述了信號(hào)沿傳輸線傳播時(shí)所受到的瞬態(tài)阻抗，這是影響傳輸線電路中信號(hào)完整性的一個(gè)主要因素。如果沒(méi)有特殊說(shuō)明，一般用特性阻抗來(lái)統(tǒng)稱傳輸線阻抗

簡(jiǎn)單的來(lái)說(shuō)，傳輸線阻抗可以用上面的公式來(lái)說(shuō)明，但如果往深里說(shuō)，我們就要分析信號(hào)在傳輸線中的行為，Eric Bogatin 博士在他的著作《Signal Integrity ：Simplified》里面有很詳細(xì)的說(shuō)明，讀者可以找原著來(lái)進(jìn)行細(xì)究，這里只做一個(gè)簡(jiǎn)述：

當(dāng)訊號(hào)沿著一條具有同樣橫截面的傳輸線移動(dòng)時(shí)，假定把1V的階梯波（step function）加到這條傳輸線中（如把1V的連接到傳輸線的發(fā)送端，電壓跨在發(fā)送線和回路之間），一旦連接，這個(gè)電壓階梯波沿著該線以光速傳播，它的速度通常約為6英寸/ns。這個(gè)信號(hào)是發(fā)送線路和回路之間的電壓差，它可以從發(fā)送線路的任何一點(diǎn)和回路的相臨點(diǎn)來(lái)衡量。

訊號(hào)能量在第一個(gè)0.01ns前進(jìn)了0.06英寸，這時(shí)發(fā)送線路有多余的正電荷（由電池提供），而回路有多余的負(fù)電荷，正是這兩種電荷差維持著這兩個(gè)導(dǎo)體之間的1V電壓差，且這兩個(gè)導(dǎo)體間也形成了一個(gè)電容器。在下一個(gè)0.01ns中，又要將下一段0.06英寸傳輸線的電壓從0調(diào)整到1V，這必須再加一些正電荷到發(fā)送線路，與加一些負(fù)電荷到接收線路。每移動(dòng)0.06英寸，必須把更多的正電荷加到發(fā)送線路，而把更多的負(fù)電荷加到回路。

每隔0.01ns，必須對(duì)傳輸線路的另外一段進(jìn)行充電，然后信號(hào)開(kāi)始沿著這一段傳播。電荷來(lái)自傳輸線前端的電池，當(dāng)訊號(hào)沿著這條線移動(dòng)時(shí)，就給傳輸線的連續(xù)部份充電，因而在發(fā)送線路和回路之間形成了1V的電壓差。

每前進(jìn)0.01ns，就從電池中獲得一些電荷（±Q），恒定的時(shí)間間隔（±t）內(nèi)從電池中流出的恒定電量（±Q）就是一種恒定電流。流入回路的負(fù)電流實(shí)際上與流出的正電流相等，而且正好在信號(hào)波的前端，交流電流藉由上、下線路組成的電容，結(jié)束整個(gè)循環(huán)過(guò)程。

傳輸線阻抗和頻率的關(guān)系

傳輸線的阻抗和頻率之間存在一定的關(guān)系。在理想情況下，傳輸線的阻抗應(yīng)該保持恒定，不受頻率的影響。然而，在實(shí)際情況下，傳輸線的阻抗會(huì)隨著頻率的變化而發(fā)生變化。

傳輸線的阻抗取決于多個(gè)因素，包括傳輸線的物理結(jié)構(gòu)、傳輸介質(zhì)的特性以及信號(hào)傳輸?shù)念l率。以下是幾個(gè)常見(jiàn)的情況：

1. 低頻情況下：在低頻下，傳輸線的阻抗往往趨于恒定。這是因?yàn)榈皖l信號(hào)的波長(zhǎng)相對(duì)較長(zhǎng)，與傳輸線物理尺寸相比較小，傳輸線中的反射和干擾相對(duì)較少。因此，在低頻范圍內(nèi)，傳輸線的阻抗一般會(huì)接近設(shè)計(jì)時(shí)的目標(biāo)阻抗。

2. 高頻情況下：在高頻下，傳輸線的阻抗可能發(fā)生變化。這是由于高頻信號(hào)的波長(zhǎng)相對(duì)較短，與傳輸線物理尺寸比較接近，傳輸線中的反射和干擾效應(yīng)更為顯著。導(dǎo)致阻抗變化的因素包括傳輸線的電容、感性和電導(dǎo)等特性。

a. 電容效應(yīng)：在高頻下，傳輸線的電容特性開(kāi)始顯現(xiàn)。電容會(huì)導(dǎo)致信號(hào)的頻率依賴性，使得信號(hào)在傳輸線上傳播時(shí)速度變化，進(jìn)而影響傳輸線的阻抗。

b. 感性效應(yīng)：在高頻下，傳輸線的感性特性也變得更為顯著。感性會(huì)導(dǎo)致信號(hào)在傳輸線上發(fā)生回流和相位延遲，這也會(huì)影響傳輸線的阻抗。

c. 電導(dǎo)效應(yīng)：高頻下，傳輸線的電導(dǎo)特性可能會(huì)導(dǎo)致信號(hào)的功率損耗。功率損耗會(huì)改變傳輸線的阻抗。

在高頻范圍內(nèi)，傳輸線的阻抗會(huì)發(fā)生變化，這可能會(huì)導(dǎo)致信號(hào)傳輸?shù)氖д婧透蓴_。為了保持傳輸線的阻抗一致性，設(shè)計(jì)和選擇合適的傳輸線以及使用補(bǔ)償和校正技術(shù)是很重要的。

審核編輯：黃飛