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線路的阻抗

對電池來說，當信號沿著傳輸線傳播，并且每隔0.01納秒對連續0.06英寸傳輸線段進行充電。從電源獲得恒定的電流時，傳輸線看起來像一個阻抗器，并且它的阻抗值恒定，這可稱為傳輸線路的“浪涌”阻抗(surge impedance)。

同樣地，當信號沿著線路傳播時，在下一步之前，0.01納秒之內，哪一種電流能把這一步的電壓提高到1伏特？這就涉及到瞬時阻抗的概念。

從電池的角度看時，如果信號以一種穩定的速度沿著傳輸線傳播，并且傳輸線具有相同的橫截面，那么在0.01納秒中每前進一步需要相同的電荷量，以產生相同的信號電壓。當沿著這條線前進時，會產生同樣的瞬時阻抗，這被視為傳輸線的一種特性，被稱為特性阻抗。如果信號在傳遞過程的每一步的特性阻抗相同，那么該傳輸線可認為是可控阻抗傳輸線。

瞬時阻抗或特性阻抗，對信號傳遞質量而言非常重要。在傳遞過程中，如果下一步的阻抗和上一步的阻抗相等，工作可順利進行，但若阻抗發生變化，那會出現一些問題。

為了達到最佳信號質量，內部連接的設計目標是在信號傳遞過程中盡量保持阻抗穩定，首先必須保持傳輸線特性阻抗的穩定，因此，可控阻抗板的生產變得越來越重要。另外，其它的方法如余線長度最短化、末端去除和整線使用，也用來保持信號傳遞中瞬時阻抗的穩定。

特性阻抗的計算

簡單的特性阻抗模型：Z=V/I，Z代表信號傳遞過程中每一步的阻抗，V代表信號進入傳輸線時的電壓，I代表電流。I=±Q/±t，Q代表電量，t代表每一步的時間。

電量(來源于電池)：±Q=±C×V，C代表電容，V代表電壓。電容可以用傳輸線單位長度容量CL和信號傳遞速度v來推導。單位引腳的長度值當作速度，再乘以每步所需時間t, 則得到公式: ±C=CL×v×(±)t。

綜合以上各項，我們可以得出特性阻抗：

Z=V/I=V/(±Q/±t)=V/(±C×V/±t)=V/(CL×v×(±)t×V/±t)=1/(CL×v)

可以看出，特性阻抗跟傳輸線單位長度容量和信號傳遞速度有關。為了區別特性阻抗和實際阻抗Z，我們在Z后面加上0。傳輸線特性阻抗為：Z0=1/(CL×v)

如果傳輸線單位長度容量和信號傳遞速度保持不變，那么傳輸線特性阻抗也保持不變。這個簡單的說明能將電容常識和新發現的特性阻抗理論聯系在一起。如果增加傳輸線單位長度容量，例如加粗傳輸線，可降低傳輸線特性阻抗。

特性阻抗的測量

當電池和傳輸線連接時(假如當時阻抗為50歐姆)，將歐姆表連接在3英尺長的RG58光纜上，這時如何測無窮阻抗呢？任何傳輸線的阻抗都和時間有關。如果你在比光纜反射更短的時間里測量光纜的阻抗，你測量到的是“浪涌”阻抗，或特性阻抗。但是如果等待足夠長的時間直到能量反射回來并接收后，經測量可發現阻抗有變化。一般來說，阻抗值上下反彈后會達到一個穩定的極限值。

對于3英尺長的光纜，必須在3納秒內完成阻抗的測量。TDR(時間域反射儀)能做到這一點，它可以測量傳輸線的動態阻抗。如果在1秒鐘內測量3英尺光纜的阻抗，信號會來回反射數百萬次，因此會得到不同的“浪涌”阻抗。

 本文作者Eric Bogatin在麻省理工學院獲得物理學學士學位，在亞利桑那州立大學獲得物理學碩士和博士學位。他曾在AT&T公司、貝爾實驗室和太陽微系統等著名公司工作過?，F任Bogatin公司獨立顧問，專門從事信號完整性及互連設計的培訓工作。