作者:Teddy Gao 一個喜歡文學藝術(shù)和寫作的工程師

一直說自己喜歡藝術(shù)，文章結(jié)尾有自己唱歌的鏈接

本文旨在講述用一種公式化歸納的方法看傳輸線特性阻抗。

傳輸線是信號完整性領(lǐng)域無法繞開的話題。傳輸線特性阻抗是傳輸線一個非常重要的參數(shù)。一般來說工程師用簡單的參數(shù)計算軟件計算傳輸線阻抗。只需要把傳輸線的尺寸參數(shù)輸入進去就可以快速得到阻抗值。這是一種詳細求解的方式。（SI9000）

本文描述一種定性的阻抗分析方式。我將這種方式稱為看電容法。

我們以簡單的微帶傳輸線來進行觀察。一般來說任何無源的東西都可以用RLGC表示，但是對于大多數(shù)傳輸線來說，G和R實在太小，我們這里忽略。

眾所周知傳輸線阻抗表達式是Z=(L/C)^(1/2)，對于TEM波，我們可以用保角變換得出Z=1/v*c(數(shù)學推導過程本人實在不是很擅長，這里略過）其中v是信號在介質(zhì)中傳輸?shù)乃俣?。v=C/((DK)^(1/2))

所謂TEM波就是Z方向沒有電磁場分量，如上圖所示，E和H垂直，Z方向為信號傳播方向，即為傳輸線上信號傳輸?shù)穆窂?，沒有電磁場分量。

最典型的TEM波傳輸?shù)睦邮峭S線，帶狀線是壓扁了的同軸線，微帶線為類TEM波。

為什么微帶線是類TEM波呢？

微帶線表層和內(nèi)層介質(zhì)不同，兩個介質(zhì)中電磁場傳播速度不同，但是信號傳輸方向也沒確實沒有電磁場，所以是類TEM波。

微帶傳輸線由信號層和GND兩層組成。通電后信號層和GND層之間就會有電場。兩層金屬間有電場，中間夾著介質(zhì)就構(gòu)成了平板電容模型。我們知道平板電容的電容求解公式C=AS/d,A是和介質(zhì)材料成正比，可以計算求出。

由此我們回到了文章的主旨把傳輸線阻抗變成看電容的問題。最后可以得出傳輸線阻抗Z=d/v*AS

從上述公式我們來對應(yīng)工程中傳輸線設(shè)計的一些情況

1）當傳輸線寬度增大的時候，特性阻抗Z減小

2）當傳輸線疊層厚度增大的時候，特性阻減小

3）當疊層的DK變大的時候，特性阻抗減小。

下面用公式來解釋下阻抗優(yōu)化的原理。

1)電容焊盤一般橫截面比較大，那么阻抗偏低，我們將下方參考地挖掉，平板電容間的距離d增大，可以有效增大阻抗

2）電容焊盤間距離近的時候，彼此間的容性耦合較為緊密，容性較大，阻抗較小，如果拉開，電容變小，阻抗提升

3）信號換層孔和旁邊的參考地之間有電磁場存在，我們可以用廣義平板電容模型（從結(jié)構(gòu)來說已經(jīng)不是平板電容，但是底層根本邏輯是因為兩塊金屬間有電磁場存在，那么就有容性耦合E-C-U）

? ? 所以，信號孔和同層參考地距離拉開，d增大，阻抗減小，反之，減小。

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