這和信號的傳播速度有關(guān),在FR4板材上銅線條中信號速度為6in/ns,。簡單的說,,只要信號在走線上的往返時間大于信號的上升時間,PCB上的走線就應(yīng)當(dāng)做傳輸線來處理,。
我們看信號在一段長走線上傳播時會發(fā)生什么情況,。假設(shè)有一段60英寸長的PCB走線,如圖1所示,,返回路徑是PCB板內(nèi)層靠近信號線的地平面,,信號線和地平面間在遠(yuǎn)端開路。
圖1
信號在這條走線上向前傳播,,傳輸?shù)阶呔€盡頭需要10ns,,返回到源端又需要10ns,則總的往返時間是20ns,。如果把上面的信號往返路徑看成普通的電流回路的話,,返回路徑上應(yīng)該沒有電流,因?yàn)樵谶h(yuǎn)端是開路的。但實(shí)際情況卻不是這樣,,返回路徑在信號上后最初的一段時間有電流,。
在這段走線上加一個上升時間為1ns的信號,在最初的1ns時間,,信號還線條上只走了6英寸,,不知道遠(yuǎn)端是開路還是短路,那么信號感覺到的阻抗有多大,,怎么確定?如果把信號往返路徑看成普通的電流回路的話就會產(chǎn)生矛盾,,所以,必須按傳輸線處理,。
實(shí)際上,,在信號線條和返回地平面間存在寄生電容,如圖2所示,。當(dāng)信號向前傳播過程中,,A點(diǎn)處電壓不斷不變化,對于寄生電容來說,,變化的電壓意味著產(chǎn)生電流,,方向如圖中虛線所示。因此信號感受到的阻抗就是電容呈現(xiàn)出來的阻抗,,寄生電容構(gòu)成了電流回流的路徑,。信號在向前傳播所經(jīng)過的每一點(diǎn)都會感受到一個阻抗,這個阻抗是變化的電壓施加到寄生電容上產(chǎn)生的,,通常叫做傳輸線的瞬態(tài)阻抗,。
圖2
當(dāng)信號到達(dá)遠(yuǎn)端,遠(yuǎn)端的電壓升至信號的最終電壓后,,電壓不再變化,。雖然寄生電容還是存在,但是沒有電壓的變化,,電容相當(dāng)于開路,,這對應(yīng)的就是直流情況。
因此,,這個信號路徑短期的表現(xiàn)和長期的表現(xiàn)不一樣,,在起始一小段時間內(nèi),表現(xiàn)就是傳輸線,。即使傳輸線遠(yuǎn)端開路,,在信號跳變期間,傳輸線前段的性能也會像一個阻值有限的電阻,。