硬件工程师面试题 9 – 答案公布_【超硬工程师】

特征阻抗就属于长线传输中的一个概念。信号在传输线中传输的过程中，在信号到达的一个点，传输线和参考平面之间会形成电场，由于电场的存在，会产生一个瞬间的小电流，这个小电流在传输线中的每一点都存在。...

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由于网友们的回答比较简单，没有全面回答所有问题，本周答题大人空缺。谢谢大家的积极参与。

面试题9

在高速PCB硬件设计中，常常会在信号层布上一些高速传输线。下图所示，就是高速PCB上不同信号层上布线的结构。

请回答以下问题：

什么是微带线，什么是带状线？
什么是传输线的特征阻抗？
PCB信号层上布线的哪些参数会影响信号的特征阻抗？
这些布线参数会如何影响信号的特征阻抗？
PCB信号层上布线长度延长时，信号的特征阻抗会如何变化？

答案分享

在高速PCB设计中，微带线指走在表面层(microstrip),附在PCB表面的带状走线，如下图所示，蓝色部分是导体，绿色部分是PCB的绝缘电介质，上面的蓝色小块儿是microstrip line。由于microstripline（微带线）的一面裸露在空气里面（可以向周围形成辐射或受到周围的辐射干扰），而另一面附在PCB的绝缘电介质上，所以它形成的电场一部分分布在空中，另一部分分布在PCB的绝缘介质中。microstrip line中的信号传输速度要比带状线stripline中的信号传输速度快，这是其突出的优点！带状线指走在内层(stripline/double stripline),埋在PCB内部的带状走线，如下图所示，蓝色部分是导体，绿色部分是PCB的绝缘电介质，stripline是嵌在两层导体之间的带状导线。因为stripline是嵌在两层导体之间，所以它的电场分布都在两个包它的导体（平面）之间，不会辐射出去能量，也不会受到外部的辐射干扰。但是由于它的周围全是电介质（介电常数比1大），所以信号在stripline中的传输速度比在microstrip line中慢！
特征阻抗就属于长线传输中的一个概念。信号在传输线中传输的过程中，在信号到达的一个点，传输线和参考平面之间会形成电场，由于电场的存在，会产生一个瞬间的小电流，这个小电流在传输线中的每一点都存在。同时信号也存在一定的电压，这样在信号传输过程中，传输线的每一点就会等效成一个电阻，这个电阻就是我们提到的传输线的特征阻抗。这里要区分一个概念，就是特征阻抗是对于交流信号(或者说高频信号)来说的，对于直流信号，传输线有一个直流阻抗，这个值可能会远小于传输线的特征阻抗。一旦传输线的特性确定了(线宽，与参考平面的距离等特性)，那么传输线的特征阻抗就确定了。
PCB走线的特征阻抗计算公式：其中L是单位长度传输线的固有电感，C是单位长度传输线的固有电容。通过这个简单的计算公式我们能看出来，要改变传输线的特征阻抗就要改变单位长度传输线的固有电感和电容。这样我们就能更好的理解影响传输线特征阻抗的几个因素：a. 线宽与特征阻抗成反比。增加线宽相当于增大电容，也就减小了特征阻抗，反之亦然b. 介电常数与特征阻抗成反比。同样提高介电常数相当于增大电容c. 传输线到参考平面的距离与特征阻抗成正比。增加传输线与参考平面的距离相当于减小了电容，这样也就增大了特征阻抗，反之亦然d. 传输线的长度与特征阻抗没有关系。通过公式可以看出来L和C都是单位长度传输线的参数，与传输线的长度并没有关系
参考3）的分析过程
参考3）的分析，高速信号的特征阻抗与走线长度没有关系。所以长度增加，特征阻抗通常不变。