單獨(dú)一根導(dǎo)線可以傳輸信號(hào)嗎？有人可能會(huì)有疑問(wèn)：貌似我們經(jīng)常碰到當(dāng)懷疑PCB走線有問(wèn)題，然后把線刮斷再?gòu)耐饷骘w根線就沒(méi)問(wèn)題了，此時(shí)飛線不就是一根嗎？怎么就可以傳輸信號(hào)了呢？其實(shí)這里忽略了一點(diǎn)，雖然在外面飛了根線，但PCB上面還有其他的平面，這個(gè)平面就相當(dāng)于返回路徑，和我們的PCB上單端信號(hào)一樣，信號(hào)管腳之間連接確實(shí)只有一根，但如果沒(méi)有地平面，那么信號(hào)是傳輸不了的，這個(gè)地平面就構(gòu)成了返回路徑。所以我們把由任意兩條有一定長(zhǎng)度的導(dǎo)線組成的線路結(jié)構(gòu)叫做傳輸線，其中一條是信號(hào)路徑，另一條是返回路徑，兩者缺一不可且作用同等重要。

傳輸線的種類(lèi)很多，如均勻傳輸線、非均勻傳輸線、平衡傳輸線和非平衡傳輸線等，不勝枚舉，但通常我們接觸的都是均勻傳輸線，也叫可控阻抗傳輸線，如雙絞線、同軸電纜、微帶線、帶狀線和共面線等。前面說(shuō)了傳輸線有兩條，當(dāng)兩條線一樣時(shí)，如雙絞線，信號(hào)路徑與返回路徑?jīng)]有嚴(yán)格的區(qū)分；如果兩條線不相同，如微帶線，則通常把較窄的那條稱為信號(hào)路徑，而把平面稱為返回路徑，如下圖一所示。這里需要注意，很多時(shí)候我們可以把地叫返回路徑，但卻不能把返回路徑叫地，因?yàn)榉祷芈窂揭灿锌赡苁瞧渌盘?hào)，所以地不是絕對(duì)的概念，但返回路徑卻是，返回路徑的叫法更廣泛。

圖一 傳輸線示圖

在PCB中，最常見(jiàn)的均勻傳輸線有微帶線、帶狀線和共面線，同時(shí)它們也可以叫非平衡傳輸線（共面線也有歸為平衡傳輸線的情況），因?yàn)檫@些傳輸線的兩條導(dǎo)線寬度不一樣，但無(wú)論傳輸線是均勻的還是非均勻的，平衡的還是非平衡的，它們的最終作用都是一樣，那就是在可接受的失真度下，保證信號(hào)的正確傳輸。

說(shuō)到微帶線和帶狀線，大家的第一反應(yīng)大概是在表層的叫微帶線，在內(nèi)層的叫帶狀線，是不是這樣呢？

其實(shí)這個(gè)只是表面的理解，也就是表面現(xiàn)象，那它們的本質(zhì)區(qū)別是什么呢？相信很多參加過(guò)我們研討會(huì)的童鞋都知道，那就是看它們有幾個(gè)參考層，這個(gè)才是正解，因?yàn)橛行┳呔€如嵌入式微帶線雖然是在內(nèi)層，但它卻不是帶狀線。

好吧，看看下面的微帶線和帶狀線示圖。

它們都是均勻的或可控阻抗傳輸線，這個(gè)阻抗與線寬、線的厚度、線到參考的高度以及線路周?chē)橘|(zhì)的介電常數(shù)有關(guān)。經(jīng)常有人這樣問(wèn)：你們的阻抗是在多高頻率下測(cè)試的？這個(gè)問(wèn)題真是難住我了！我竟一時(shí)無(wú)言以對(duì)！這個(gè)問(wèn)題和類(lèi)似的“信號(hào)到了較高頻以后，阻抗會(huì)影響很大”其實(shí)差不多，不是不太懂就是操心太多。其實(shí)前面已經(jīng)講了阻抗和哪些因素相關(guān)，這些因素中唯一和頻率相關(guān)的就是介質(zhì)的介電常數(shù)。我們現(xiàn)在多數(shù)PCB用的是FR4介質(zhì)，該類(lèi)型的介質(zhì)介電常數(shù)一般隨頻率的升高而變小，但一般這個(gè)變化范圍不會(huì)太大，在40GHz內(nèi)不會(huì)超過(guò)0.5（好的材料會(huì)在0.2以內(nèi)），如果超過(guò)了則代表這種材料穩(wěn)定性很差，一般人也不會(huì)選擇，尤其是到了很高速的情況下，大家也都不是傻子。既然介電常數(shù)變化不大，那么這個(gè)阻抗也就在一定的頻率范圍內(nèi)偏差不大了（除非材料本身出了問(wèn)題），所以還是多操心在其他的方面，比如制板及工藝控制等的偏差吧。

與介電常數(shù)相關(guān)的，除了傳輸線的阻抗，其實(shí)另一個(gè)問(wèn)題大家也會(huì)經(jīng)?；煜蔷褪莻鬏斁€的時(shí)延。經(jīng)常會(huì)有人問(wèn)：我的這個(gè)信號(hào)速率（頻率）升高了，那么它就跑得更快了，對(duì)應(yīng)的時(shí)延就更小了，是這樣嗎？呵呵，我又無(wú)言以對(duì)了！

這里把信號(hào)的速率（頻率）和信號(hào)的傳輸速度混淆了，信號(hào)的速率（頻率）是信號(hào)本身的特征，代表輸出信號(hào)的信號(hào)源內(nèi)部電路的翻轉(zhuǎn)頻率，就像不同的車(chē)子有不同的車(chē)速一樣，這個(gè)取決于車(chē)子本身的發(fā)動(dòng)機(jī)性能；而信號(hào)的傳輸速度則接近光速在介質(zhì)中的傳播速度，因?yàn)樾盘?hào)的傳播方式是以電磁場(chǎng)的形式傳播，這個(gè)傳播速度與信號(hào)本身的速率無(wú)關(guān)，只與PCB的介質(zhì)材料相關(guān)，最直接的影響就是相對(duì)介電常數(shù)，信號(hào)的傳輸速度可以大致由下列公式得到：

其中，ε0是自由空間的介電常數(shù)（）， εr是材料的相對(duì)介電常數(shù)，μ0是自由空間的導(dǎo)磁率（）， μr是材料的相對(duì)導(dǎo)磁率，通常為1。

所以上面公式可以近似為，相當(dāng)于光速除以材料的相對(duì)介電常數(shù)的平方根，而時(shí)延Td=線長(zhǎng)Len/v，那么這個(gè)時(shí)延和材料的相對(duì)介電常數(shù)就正相關(guān)了。不同材料的時(shí)延不一樣，一般高速板材（低損耗板材）的相對(duì)介電常數(shù)較低，時(shí)延會(huì)相對(duì)小。時(shí)延到底和頻率有沒(méi)有關(guān)系呢？就像上面阻抗和頻率的關(guān)系一樣，取決于介電常數(shù)的偏差，通常這個(gè)偏差不會(huì)太大，所以一般也不用太過(guò)焦慮。不過(guò)有一點(diǎn)不容忽視，就是介電常數(shù)還會(huì)受高低溫及濕度的影響，當(dāng)材料本身的性能不穩(wěn)定，這個(gè)偏差就會(huì)稍微大一點(diǎn)，此時(shí)一旦系統(tǒng)的設(shè)計(jì)裕量不足，那么就會(huì)出現(xiàn)一些產(chǎn)品在高低溫的情況下出現(xiàn)問(wèn)題，這個(gè)時(shí)候又回到了裕量上面，靠譜的設(shè)計(jì)才是保證裕量的基本條件。

小結(jié)一下，關(guān)于傳輸線，需要知道的是信號(hào)路徑和返回路徑是傳輸線的基本構(gòu)成，兩者作用均等缺一不可，同時(shí)阻抗和時(shí)延是傳輸線的兩個(gè)非常重要的特征，后面涉及到的反射、串?dāng)_及時(shí)序等都和它們關(guān)系密切。

編輯：hfy