首先我们应该清楚一个概念:在高速板卡中,传输线不能仅仅看作是理想的导线,而是需要考虑各种寄生参数,比如寄生电容,寄生电感,寄生电阻等。这些参数综合起来称之为传输线的特性阻抗。图1
图1中等效阻抗: 那图1中的模型是怎么来的?或者说为什么传输线在高频时为什么需要做等效模型?图2(来源于网络)图2中的左边图所示,无论是什么样的信号线,最终都是需要回流到参考平面(GND),当然电源也是一样需要回流到GND。PCB在生产制作的过程中,是无法避免线路和参考平面之间存在寄生电容,寄生电感,寄生电阻。信号在传输线中传输的过程中,每一步都会遇到不同的寄生参数,所以常说的阻抗控制,就是需要控制整条传输线的寄生参数保持一致,这个就需要整条传输线每处都需要做到均匀,而这也可以称为阻抗连续,反之就称之为阻抗不连续。高速板卡中,信号在阻抗不连续的传输线上传输就有可能出现信号反射的情况!那什么是信号反射?有什么危害?在传输线中,当信号遇到阻抗不连续的节点时,就会出现信号发射的情况,这个阻抗不连续的节点也称为瞬态阻抗。如下图3所示,传输线由50Ω突变成70Ω时的情况,A和C都遇到阻抗突变点,会沿着输入路径反射回去(信号反射),而只有B顺利通过。图3信号的反射会直接造成信号的失真,信号的完整性,还会增加额外的噪音,干扰其他信号的正常运行,影响整机的稳定性。 图4所以在PCB走线时,为什么要保证同一个网络的线宽要一致,就是出于这方面的考虑! 在低频电路中,我们基本上都不会考虑阻抗匹配的问题,可以说是直接习惯性的忽略了,其根本原因是低频信号的波长相对于传输线来说实在太长了,根本不会产生发射问题(举个栗子:就像往大海里面倒入一杯水一样,起不了太大的涟漪)
比如说一个信号的频率f=1KHZ,根据波长的计算公式: λ=u/f其中: λ为波长,u为电磁波在真空中传输的速度,约等于光速3*10^8m/s可以计算出 λ=3*10^8m/s/1000HZ=300000m 300000m的波长远远大于传输线的长度。那其实由 λ=u/f可知,f越大,波长λ越短。当波长短到和传输线的长度相等时(或者大于波长的1/4),由于阻抗问题,就会出现源信号和发射信号叠加在一起的现象,最典型的波形表现就是“振铃”!所以在高速板卡的设计中,我们会经常听到“阻抗匹配”,这是非常关键的,也是高速板卡设计的重中之重。阻抗匹配具体就是指信号源的阻抗,传输线的阻抗,还有接收端的阻抗处于一种合适的状态!