原创 第四章 传输线

       从这一章，我们开始了解PCB上传输线的特性。在PCB上，传输线基本上构成了整个互联，因此，理解传输线对理解高速数字设计来说十分重要。从这一章开始，我们不再使用“地”的概念，而改用更为准确的表达——Reference plane 或Logic 0 Plane。

1 什么是传输线

[1.1]Transmission of digital and analog signals between two points occurs over a pair of parallel conductors, which is referred to as a transmission line.

[11] Fundamentally, a transmission line is composed of any two conductors that have length. This is all it takes to make a transmission line.

这两个定义差不多，都表明了一对导体构成了传输线。根据定义，可以知道任何一对导体都可以看成传输线，但是，我们还是可以做相当的简化工作，以便得知在什么情况下，导线可以看成是理想的(比如在中学物理中)，而在什么情况下，就必须看成是传输线了。

1.1传输线的分类

传输线是指由两个或多个相距很近的平行导体构成的系统。双绞线，同轴电缆都是传输线。在数字设计中，PCB板上面的走线在高速的情况下要当作传输线来对待。基本结构是走线埋在或附在介质材料里面或上面。导线通常是铜，介质一般是环氧树脂（FR4）。

为什么要使用传输线呢[2]？使用传输线带来了3个好处：畸变更少，电磁辐射更少，串扰更小。

When the cross section is the same down the length, as in a coax cable, the transmission line is called uniform. When each conductor is the same shape and size as the other one, there is symmetry and we call this line a balanced line.[11]

PCB上传输线分为2大类:微带线和带状线。微带线又可以细分为嵌入微带线或埋层微带线。他们的关系如下图表示。[4] 微带线只有一个参考面，带状线有2个参考面。

所有双线传输线的最重要的问题是确定导体上的电流以及沿线所有点上导体之间的电压。对于数字电路而言，我们一般对源端和负载所在端的电压和电流最感兴趣。因为源端是发送端，而负载端是接收端（即对接收数据进行判别的端）。

在PCB上，双线传输线的2条线可以理解为电压驱动一条导线，电流沿着另一条导线返回源端。[1]中的推导表明，高频处的TEM场结构可以用静态场结构来代替。这样带来了如下好处：（1），可以唯一的定义电压和电流（2），由于（1）的原因，就可以为一小段电小尺寸的传输线建立集总参数的模型。由于集总参数模型可以用基尔霍夫定律来处理，而不必使用麦克斯韦方程组，这样大大简化了计算。

要想求得传输线上的电流以及电压，就必须知道传输线的电气模型结构。

那么，PCB上的传输线是什么样的结构呢？是一段电阻，一段电容，还是一段电感？