信号完整性分析：关于传输线的三十个问题解答（二）

11.对于 50 欧姆带状线的纵横比，什么是好的经验法则？(What is a good rule of thumb for the aspect ratio of a 50-Ohm stripline?)

在带状线几何形状和 FR4 基板中，线宽和平面之间的电介质间距的纵横比为 ½。由于有两个平面，带状线的电介质厚度必须大于微带线。

12.当介电常数和信号速度与频率相关时，这种效应称为什么？(What is the effect called when the dielectric constant and the speed of a signal are frequency dependent?)

当介电常数随频率变化时，或者信号的速度随频率变化时，将这种效应称为色散。它是信号的频率相关速度。

13.传输线的特性阻抗与频率相关的两个可能原因是什么？(What are two possible reasons the characteristic impedance of a transmission line would be frequency dependent?)

传输线的特性阻抗取决于线路的单位长度电感和单位长度电容。这两者都有轻微的频率依赖性。例如，每单位线路长度的电感在低频时较高，而在高频时下降约 10% 至 20%。这使得特性阻抗在低频时更高，在高频时更低，幅度为 10-20% 的平方根。
由于介电常数的频率依赖性，传输线每长度的电容也将略微依赖于频率。
在低频时，DK 通常比高频时稍大。这使得特性阻抗在低频时略低，在高频时增加。虽然这两种效应使特性阻抗沿相反方向移动，但它们不同的频率依赖性和不同的幅度意味着它们不会抵消。特性阻抗仍然存在一些净频率依赖性，从低频到高频通常小于 10%。

14.瞬时阻抗和特性阻抗以及传输线的输入阻抗有什么区别？(What is the difference between the instantaneous impedance and the characteristic impedance and the input impedance of a transmission line?)

虽然这三个术语都是阻抗，但它们指的是不同的特性。瞬时阻抗是信号沿着传输线传播时沿其路径的每一步所看到的阻抗。这是传播信号在每一步响应的阻抗。
特性阻抗仅适用于均匀的传输线，是传播信号将看到的瞬时阻抗的一个值。如果瞬时阻抗发生变化，则没有一个瞬时阻抗值可以表征传输线。
传输线的输入阻抗通常是一个频域项，是在特定频率下看到的传输线前端的阻抗。输入阻抗会随频率变化很大。

15.如果传输线的长度增加 3 倍，传输线的时间延迟会发生什么变化？(What happens to the time delay of a transmission line if the length of the line increases by 3×?)

传输线的时间延迟与线路的长度成正比。如果将线路长度增加三倍，线路的时间延迟也会增加三倍。

16.FR4中传输线的布线延迟是多少？(What is the wiring delay of a transmission line in FR4?)

我们有时将信号速度的倒数称为布线延迟。它是线路每长度的延迟。如果信号速度为 6 英寸/纳秒，则接线延迟为 1/(6 英寸/纳秒) = 170 皮秒/英寸。
这意味着沿传输线向下移动每英寸的延迟为 170 皮秒。

17.如果传输线的线宽增加，瞬时阻抗会发生什么变化？(If the line width of a transmission line increases, what happens to the instantaneous impedance?)

如果传输线的线宽增加，则每单位长度的线的电容增加并且瞬时阻抗降低。线越宽，瞬时阻抗越低。如果线路是均匀的，则对于较宽的线路，特性阻抗也会降低。

18.如果传输线的长度增加，传输线中间的瞬时阻抗会发生什么变化？(If the length of a transmission line increases, what happens to the instantaneous impedance in the middle of the line?)

这是一个技巧问题。如果线路的长度增加，瞬时阻抗将保持不变。线路的时间延迟增加，但瞬时阻抗保持不变。

19.为什么传输线的特性阻抗与每长度的电容成反比？(Why is the characteristic impedance of a transmission line inversely proportional to the capacitance per length?)

如果每单位长度的电容增加，则需要更多的电流来为传输线中的每个小步充电。如果需要更多电流来将线路充电至相同电压，则阻抗会降低。这意味着单位长度的电容与瞬时阻抗成反比。

20.FR4 中 50 欧姆传输线的单位长度电容是多少？如果阻抗加倍，单位长度的电容会发生什么变化？（What is the capacitance per length of a 50-Ohm transmission line in FR4? What happens to this capacitance per length if the impedance doubles?）

FR4 中的所有 50 欧姆线路每长度具有相同的电容，约为 3.3 pF/英寸。如果线宽增加，但电介质厚度增加以保持特性阻抗相同，则较宽的线传输线将具有相同的单位长度电容。
如果线路的特性阻抗增加，则电容下降。它们是反相关的。如果线路阻抗加倍，则单位长度的电容减半。