傳輸線阻抗

先來澄清幾個概念，經常會看到阻抗，特性阻抗，瞬時阻抗，嚴格來講，他們是有區別的，但是萬變不離其宗，它們仍然是阻抗的基本定義。

將傳輸線始端的輸入阻抗簡稱為阻抗

將信號隨時遇到的及時阻抗稱為瞬時阻抗

如果傳輸線具有恒定不變的瞬時阻抗，就稱之為傳輸線的特性阻抗

特性阻抗描述了信號沿傳輸線傳播時所受到的瞬態阻抗，這是影響傳輸線電路中信號完整性的一個主要因素。如果沒有特殊說明，一般用特性阻抗來統稱傳輸線阻抗

簡單的來說，傳輸線阻抗可以用上面的公式來說明，但如果往深里說，我們就要分析信號在傳輸線中的行為，Eric Bogatin 博士在他的著作《Signal Integrity ：Simplified》里面有很詳細的說明，讀者可以找原著來進行細究，這里只做一個簡述：

當訊號沿著一條具有同樣橫截面的傳輸線移動時，假定把1V的階梯波（step function）加到這條傳輸線中（如把1V的連接到傳輸線的發送端，電壓跨在發送線和回路之間），一旦連接，這個電壓階梯波沿著該線以光速傳播，它的速度通常約為6英寸/ns。這個信號是發送線路和回路之間的電壓差，它可以從發送線路的任何一點和回路的相臨點來衡量。

訊號能量在第一個0.01ns前進了0.06英寸，這時發送線路有多余的正電荷（由電池提供），而回路有多余的負電荷，正是這兩種電荷差維持著這兩個導體之間的1V電壓差，且這兩個導體間也形成了一個電容器。在下一個0.01ns中，又要將下一段0.06英寸傳輸線的電壓從0調整到1V，這必須再加一些正電荷到發送線路，與加一些負電荷到接收線路。每移動0.06英寸，必須把更多的正電荷加到發送線路，而把更多的負電荷加到回路。

每隔0.01ns，必須對傳輸線路的另外一段進行充電，然后信號開始沿著這一段傳播。電荷來自傳輸線前端的電池，當訊號沿著這條線移動時，就給傳輸線的連續部份充電，因而在發送線路和回路之間形成了1V的電壓差。

每前進0.01ns，就從電池中獲得一些電荷（±Q），恒定的時間間隔（±t）內從電池中流出的恒定電量（±Q）就是一種恒定電流。流入回路的負電流實際上與流出的正電流相等，而且正好在信號波的前端，交流電流藉由上、下線路組成的電容，結束整個循環過程。

傳輸線阻抗和頻率的關系

傳輸線的阻抗和頻率之間存在一定的關系。在理想情況下，傳輸線的阻抗應該保持恒定，不受頻率的影響。然而，在實際情況下，傳輸線的阻抗會隨著頻率的變化而發生變化。

傳輸線的阻抗取決于多個因素，包括傳輸線的物理結構、傳輸介質的特性以及信號傳輸的頻率。以下是幾個常見的情況：

1. 低頻情況下：在低頻下，傳輸線的阻抗往往趨于恒定。這是因為低頻信號的波長相對較長，與傳輸線物理尺寸相比較小，傳輸線中的反射和干擾相對較少。因此，在低頻范圍內，傳輸線的阻抗一般會接近設計時的目標阻抗。

2. 高頻情況下：在高頻下，傳輸線的阻抗可能發生變化。這是由于高頻信號的波長相對較短，與傳輸線物理尺寸比較接近，傳輸線中的反射和干擾效應更為顯著。導致阻抗變化的因素包括傳輸線的電容、感性和電導等特性。

a. 電容效應：在高頻下，傳輸線的電容特性開始顯現。電容會導致信號的頻率依賴性，使得信號在傳輸線上傳播時速度變化，進而影響傳輸線的阻抗。

b. 感性效應：在高頻下，傳輸線的感性特性也變得更為顯著。感性會導致信號在傳輸線上發生回流和相位延遲，這也會影響傳輸線的阻抗。

c. 電導效應：高頻下，傳輸線的電導特性可能會導致信號的功率損耗。功率損耗會改變傳輸線的阻抗。

在高頻范圍內，傳輸線的阻抗會發生變化，這可能會導致信號傳輸的失真和干擾。為了保持傳輸線的阻抗一致性，設計和選擇合適的傳輸線以及使用補償和校正技術是很重要的。

審核編輯：黃飛