高速数字电路设计-传输线模型

高速数字电路设计是一个很复杂的过程，首先声明我只是一个菜鸟，一个入门学习者的一些学习感受和笔记，写在这里是为了让自己把知识巩固一下，自己认可一下自己而已。

高速电路主要讲什么呢？主要讲信号完整性，信号需要传输，那么先讲传输线模型。一根导线是有电阻的，与地之间是有容型负载的，是有感性的，我们统称为阻抗，一个导线有交变电流流过时就会产生交变磁场，两个有电势差的极板就会产生电场，那么一根信号线与接地回路之间即存在电场也存在磁场，正是因为有这两个场导致了信号完整性问题，串扰，EMI 辐射干扰，反射。

传输线模型：当我们把一根导线微分到一个很小的片段时，可以看成以下模型：

由这个模型引出了特征阻抗的概念，特征阻抗定义为：在传输线上的任意一点处电压与电流的比值，咱们来看特征阻抗的表达式：假设终端的负载为Z0，那么得出的模型为：

我们先假设终端阻抗和传输线的特

征阻抗相等，（暂时不考虑反射，为了简单），那么：我们设，Z(^z) = Rzl + w*Lz ；Y(^z) = Yr + 1/W*Cz；^Z= Z0 = ((Z(^z)+ Z0)*(1/Y(^z)) ) / (Z(^z)+ Z0 + 1/Y(^z));最终求的极限值，当^Z趋近于0时，可得特征阻抗Z = Z0 * Z0 = R + jwL / Gr + jwC;由此可以看出特征阻抗是与频率有关的函数，由于R 和Gr都很小，有时候可以大致估计为L / C；当传输线阻抗损耗很大时，R的值就不能忽略。关于PCB中一些精确的经验公式可以查阅相关资料可以得知。

阻抗是影响信号传输的一方面，传播速度和延时是高速电路设计考虑的重点，那么影响信号传播速度的主要参数有哪些？首当其冲的是传播介质，我们知道光在真空中的传播速度是3 x 100000000 m /s，信号V = c(光速) / 介电常数；那么单位时间传播延时dt = 1 / v ；上诉公式是在完全理想的条件下才成立，在PCB板上，微线带和带状线的传播速度稍微有点区别，这里留个问题：怎么样从传输线模型推出dt * dt = L*C。最后讲在实际设计仿真中怎么样设置参数。

信号初始波和信号反射

其中信号反射问题刚开始很是不理解，信号在传输过程中为什么会产生反射？我们把传输线看成一条沟渠，信号看成流水，当源头把水放到沟渠时，水就会向前流动，如果从源头一直

到目的地的沟渠一直都很均匀，那么水流也很均匀，如果沟渠有一节很宽，有一节很窄，一部分水向前流不走，就只有向后流，这样就产生了反射，这里沟渠就好比阻抗匹配，这也是之前我一直不理解为什么要阻抗匹配，到底干什么的，反射现象发生后会产生什么样的影响呢？有反射，信号就需要一定的建立时间（因为反射是多次的，当第一个反射信号回来后整合后再次传输时，会再次发生反射，直到最终稳定），信号有建立时间是建立在信号传播延时的基础上的，因为建立稳定需要从远处传来反射的信号，理解了上述的概念，我们来定义反射系数：p = V(reflected) / V(入射电压)。那么有哪些参数影响反射呢？这个可一定要弄清楚呢，不然在PCB板上建模型时，有些参数你都不知道该怎么样设置。

参数一：信号的上升时间T，

高速信号的频率快，上升时间自然也短了，当上升时间小于两倍的传输线延时时，波形会发生严重的震荡，想想为什么？刚开始时某一点的电压为0V，在时间t1 内上升到V1，如果源头处最高的电压是V = v1，也就是说在第一次反射电压还未到达源头时，源头处的电压就上升到了稳定的电压值（幅度），那么再加上反射信号，这电压会上冲，这样源头处的电压在那段时间内会很不稳定。

参数二：容型负载和感性负载

在为电路板的信号线建立模型时，有一个经验的办法就是一英寸内电感是多少，当然这里没有考虑到互感，我们可以人为的降低信号线之间的互感和互容。

allegro 设置：

上述模型就是allegro软件自动为电路网络提取出来的模型，途中有关于传输线的阻抗设置，延时设置等，由于本人现在才入门所以讲不出一个所以然出来。其中要设置激励源，然后设置激励源的频率，周期等等。然后看信号经过传输线后出来的波形，从而可以看反射建立时间，传播延时，来看布线是否合格。

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