高頻電路中的互連設計需要特别考慮，因為它們通常不像普通電線，而是傳輸線。

在低頻系統中，組件通過電線或PCB走線連接，此時這些導電元件的電阻足夠低，在大多數情況下可以忽略不計。

電路設計和分析的這一方面特性随頻率的增加而發生巨大變化。根據我們在低頻電路方面的經驗，RF（射頻）信号不會以我們期望的簡單方式沿着電線或PCB走線傳播。

傳輸線

RF互連的行為與傳輸低頻信号的普通電線的行為有很大的不同-實際上不同，因此在RF互連中使用了額外的術語：傳輸線是必須根據以下要求進行分析的電纜（或簡單地說是一對導體）高頻信号傳播的特性。

首先，讓我們澄清兩件事：

在這種情況下，“電纜（Cable）”是一個方便但不精确的詞。同軸電纜無疑是傳輸線的經典示例，但是PCB走線也可以用作傳輸線。 “微帶”傳輸線由走線和附近的接地平面組成的，如下所示：

“微帶”傳輸線由走線和附近的接地平面組成的

“帶狀線”傳輸線由PCB走線和兩個接地層組成的：

“帶狀線”傳輸線由PCB走線和兩個接地層組成的

PCB傳輸線特别重要，因為它們的特性由設計人員直接控制的。當我們購買電纜時，其物理特性是固定的。我們隻是從數據規格表即datasheet中收集必要的信息。布置RF PCB時，我們可以根據應用需求輕松定制傳輸線的尺寸，從而定制電氣特性。

并非每一個高頻互連都是傳輸線。該術語主要是指信号和電纜之間的電氣相互作用，而不是指信号的頻率或電纜的物理特性。那麼，何時需要将傳輸線效應納入到我們的分析中呢？

一般的想法是，當線路的長度等于或大于信号的波長時，傳輸線的影響就變得很明顯。更具體的準則是線路的長度等于或大于信号波長的四分之一時就需要考慮傳輸線效應的影響：

a、如果互連長度小于信号波長的四分之一，則無需進行傳輸線分析。互連本身不會顯著影響電路的電氣行為。

b、如果互連長度大于信号波長的四分之一，則傳輸線效應會變得很明顯，因此必須考慮互連本身的影響。

回想一下教科書的定義波長等于傳播速度除以頻率：

如果我們假設在某種PCB闆材中信号的傳播速度是光速的0.7倍，則我們可以用上面的方程計算出以下波長：

相應的需要考慮傳輸線效應的傳輸線阈值（即四分之一波長）如下：

因此，對于非常低的頻率，傳輸線的影響可以忽略不計。對于中頻，僅需特别長的電纜需要考慮傳輸線效應的影響即可。但是，在1 GHz時，許多PCB走線都必須要被視為傳輸線，并且随着頻率攀升至數十GHz的範圍，傳輸線效應就無處不在。

傳輸線最重要的特性是特性阻抗（用Z0表示）。總體而言，這是一個非常簡單的概念，但最初可能會引起混亂。

首先，關于術語的注釋：“電阻”是指對任何電流的流動起阻止作用；它不依賴于頻率。 “阻抗”在交流電路中使用，通常是指頻率相關的電阻。但是，有時我們使用“阻抗”，而“阻抗”在理論上更合适；例如，我們可能指的是純電阻電路的“輸出阻抗”。

因此，重要的是要清楚地理解“特性阻抗”的含義。這不是電纜内部信号導體的電阻，常見的特性阻抗為50Ω，但是對于一個短電纜來說直流電阻為50Ω是太高了。這裡有一些要點有助于闡明特性阻抗的性質：

a、特性阻抗取決于傳輸線的物理特性；對于同軸電纜，它是内徑（下圖中的D1），外徑（D2）以及内外導體之間絕緣層的相對介電常數的函數。

影響同軸傳輸線特性阻抗的因素

b、特性阻抗不是電纜長度的函數。 它存在于電纜的各處，因為它是由電纜的固有電容和電感引起的。

電纜的固有電容和電感引起的傳輸線的特性阻抗

在上圖中，各個電感器和電容器用于表示在電纜的整個長度上連續存在的分布電容和電感。

實際上，傳輸線的阻抗與DC無關，但是理論上無限長的傳輸線甚至對直流電源（例如電池）也将呈現其特征阻抗。之所以如此，是因為無限長的傳輸線将永久汲取電流，以嘗試為其無限量的分布式電容充電，并且電池電壓與充電電流之比将等于特性阻抗。

傳輸線的特性阻抗是純電阻性的。沒有引入相移，并且所有信号頻率都以相同的速度傳播。從理論上講，這僅适用于無損傳輸線，即，傳輸線沿導體的電阻為零，導體之間的電阻為無窮大。顯然不存在這樣的線路，但是當應用于現實生活中的低損耗傳輸線路設計時，無損線路分析是足夠準确的。

傳輸線的阻抗無意像普通電阻器那樣限制電流。特性阻抗僅僅是由緊密相鄰的兩個導體組成的電纜之間相互作用的必然結果。在RF設計中，特性阻抗的重要性在于，設計人員必須匹配阻抗，以防止反射并實現最大功率傳輸。這将在下一個專題中詳細讨論。

a、當互連的長度至少為信号波長的四分之一時，則将其視為傳輸線。

b、同軸電纜通常用作傳輸線，盡管PCB走線也可以達到此目的。兩種标準的PCB傳輸線是微帶線和帶狀線。

c、PCB互連線通常很短，因此，直到信号頻率接近1 GHz時，它們才會表現出傳輸線的行為。

d、傳輸線上的電壓與電流之比稱為特征阻抗。盡管不受長度影響，但它是電纜物理特性的函數，對于理想化（即無損耗）的線路，它是純電阻性的。

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