信号传输线及其特征阻抗解析
随着电子产品小型化、数字化、高频化和多功能化等的快速发展与进步，作为电子产品中电气的互连件—PCB中的导线的作用，已不仅只是电流流通与否的问题，而且是作为"传输线"的作用。也就是说，对于高频信号或高速数字信号的传输用的PCB之电气测试，不仅要测试线路的"通"、"断"、"短路"等是否合乎要求，而且还要其"特性阻抗值"是否合乎要求，只有这两方面都"合格"了，PCB才符合允收性。
1、信号传输线的提出
1.1 信号传输线的定义
这是为了区别常规导线而提出的名称。按IPC-2141的3.4.4条的定义："当信号在PCB导线中传输时，若导线的长度接近信号波长的1/7，此时的导线便成为信号传输线"了。有的文献认为，导线的长度接近波长的1/10时，应按信号传输线处理。显然，后者更严格（显得‘过分’），但大多数人认定为前者。
大家知道，电流通过导体时，会受到一个"阻力"，在直流电中是电阻，符合欧姆定律。即：
R=V/I
在交流电中的"阻力"是由"电阻"、"感抗"和"容抗"的综合结果，即：
Z=〔R2+（XL-XC）2〕1/2
1.2 信号传输线的判断
元件有很高频率信号传输，但经过导线传输后，频率下降（时间延迟）了，导线越长，时间延长越厉害，当导线的长度接近于波长时，或信号速度（频率）提高到某一范围时，传输的信号便会出现明显的"失真"。
⑴高频信号的传输。
假设：（一）元件的信号传输频率f=10MHZ，导线L=50cm,则
C=f*λ
λ= C/f
λ/L= C/f*L=60
属于常规导线。
（二）元件的信号传输频率f=1GHZ，导线的长度L=10cm,则
λ/L= C/f*L=3
不属于常规导线，应进行特性阻抗值控制的传输线。
⑵脉冲信号的传输。在数字电路中从"0"到"1"的上升时间tr是很短的.但可用下面公式来计算频率fmax：
fmax=0.35/tr
假设：元件的上升时间tr是=2ns，则
fmax=0.35/tr=175 MHZ
L= C/ fmax*7=24.5 cm
当导线长度≥24.5 cm时，应作为信号传输线处理。
目前：TTL（transister-transister logic）的tr为4ns→1ns→0.5ns→
ECL(emitter-coupled logic) 的tr为3ns→1ns→0.5ns→
⑶信号传输线必须进行特性阻抗值控制。
如果不进行特性阻抗值控制时，在线路中产生的信号"反射"，会"抵消"正在传输信号。λ/L比率越小，"反射"越严重，则会产生如下问题：
①信号（或能量）传输效率明显下降；
②由于反复干扰（抵消）信号传输，将随着频率增加而严重化；
③部分"能量"是会以电磁波辐射出去，在内部导线或网络之间形成EMI。
1.3、信号普通线与信号传输线的差别
信号普通线与信号传输线的差别主要有三个方面：
⑴信号普通线是指第一信号传输被接受完成后，才发送第二个信号，因此第一个信号传输过程中的"反射"信号，不会抵消第二个信号。而信号传输线的特征是第一个信号传输还没有被接受，就发送第二个信号，因此第一信号传输过程中产生的"反射"信号就可抵消第二个信号而削弱了第二个信号，频率越快的传输信号，则"失真"就越多，甚至信号消失。
⑵信号普通线，由于信号传输速度慢，"反射"信号不会抵消后面传输的信号。因此，导线的粗细、缺陷（缺口、针孔）等是允许某些程度存在着。而在信号传输线中，这些粗细、缺陷等要进行十分严格的要求。
⑶信号普通线，不要求特性阻抗值控制，只要求"通"、"断"、"短路"的电气测试。而信号传输线要求特性阻抗值控制，即除了要求"通"、"断"、"短路"的电气测试外，还必须有特性阻抗值控制的测试。
2、PCB中特性阻抗值Z0的设计
2.1、Z0的的结构类型与计算方法
主要有两种：微带线和带状线及其派生的各种各样的结构，如何选用，应视元件和电子产品而定。
微带线(适合Z0较大的场合)。
Z0 ={87/（εr+1.41）1/2 }ln{5.98H/(0.8W+T)}
带状线（适合Z0较小的场合）。
Z0 =60ln{4D/[0.67π(0.8W+T) ]}
公式中的D为介质量层厚度。
2.2、微带线的的结构与计算方法
根据信号传输线的不同位置可以形成各种各样的结构及其计算方法（参见《现代印制电路基础》一书第十四章）。
2.3、特性阻抗值Z0的一般设计规则
⑴选用合适的基板（CCL）材料和PCB结构，确定信号传输线的长度等以确定PCB尺寸。
⑵合理的布局与布线，使每组（网络）导线的特性阻抗值Z0与元（组）件的特性阻抗值相匹配。
⑶应考虑基板材料品质的不稳定波动、PCB制造过程的偏差与控制和PCB设计的因素等带来在PCB中特性阻抗值Z0偏差的补救与修正的措施和办法。