在高速設(shè)計中，可控阻抗板和線路的特性阻抗是重要和普遍的問題之一。首先了解一下傳輸線的定義：傳輸線由兩個具有一定長度的導(dǎo)體組成，一個導(dǎo)體用來發(fā)送信號，另一個用來接收信號。在一個多層板中，每一條線路都是傳輸線的組成部分，鄰近的參考平面可作為第二條線路或回路。一條線路成為“性能良好”傳輸線的關(guān)鍵是使它的特性阻抗在整個線路中保持恒定。

　　線路板成為“可控阻抗板”的關(guān)鍵是使所有線路的特性阻抗?jié)M足一個規(guī)定值，通常在25歐姆和70歐姆之間。在多層線路板中，傳輸線性能良好的關(guān)鍵是使它的特性阻抗在整條線路中保持恒定。

　　但是，究竟什么是特性阻抗？假設(shè)一根均勻電纜無限延伸，在發(fā)射端的在某一頻率下的阻抗稱為“特性阻抗”。測量特性阻抗時，可在電纜的另一端用特性阻抗的等值電阻終接，其測量結(jié)果會跟輸入信號的頻率有關(guān)。特性阻抗的測量單位為歐姆。在高頻段頻率不斷提高時，特性阻抗會漸近于固定值。例如同軸線將會是50或75歐姆；而雙絞線（用于電話及網(wǎng)絡(luò)通訊）將會是100歐姆（在高于1MHz時）。粗同軸電纜與細(xì)同軸電纜是指同軸電纜的直徑大還是小。粗纜適用于比較大型的局部網(wǎng)絡(luò)，它的標(biāo)準(zhǔn)距離長、可靠性高。由于安裝時不需要切斷電纜，因此可以根據(jù)需要靈活調(diào)整計算機(jī)的入網(wǎng)位置。但粗纜網(wǎng)絡(luò)必須安裝收發(fā)器和收發(fā)器電纜，安裝難度大，所以總體造價高。相反，細(xì)纜安裝則比較簡單，造價低，但由于安裝過程要切斷電纜，兩頭須裝上基本網(wǎng)絡(luò)連接頭（BNC），然后接在T型連接器兩端，所以當(dāng)接頭多時容易產(chǎn)生接觸不良的隱患，這是目前運(yùn)行中的以太網(wǎng)所發(fā)生的常見故障之一。圖2是該電壓信號的傳輸示意圖。

　　Zen的方法是先“產(chǎn)生信號”，然后沿著這條傳輸線以6英寸/納秒的速度傳播。個0.01納秒前進(jìn)了0.06英寸，這時發(fā)送線路有多余的正電荷，而回路有多余的負(fù)電荷，正是這兩種電荷差維持著這兩個導(dǎo)體之間的1伏電壓差，而這兩個導(dǎo)體又組成了一個電容器。

　　在下一個0.01納秒中，又要將一段0.06英寸傳輸線的電壓從0調(diào)整到1伏特，這必須加一些正電荷到發(fā)送線路，而加一些負(fù)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(fā)送線路，而把更多的負(fù)電荷加到回路。每隔0.01納秒，必須對傳輸線路的另外一段進(jìn)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(dāng)沿著這條線移動時，就給傳輸線的連續(xù)部分充電，因而在發(fā)送線路和回路之間形成了1伏特的電壓差。每前進(jìn)0.01納秒，就從電池中獲得一些電荷（±Q），恒定的時間間隔（±t）內(nèi)從電池中流出的恒定電量（±Q）就是一種恒定電流。過程如圖3所示。

　　線路的阻抗

　　對電池來說，當(dāng)信號沿著傳輸線傳播，并且每隔0.01納秒對連續(xù)0.06英寸傳輸線段進(jìn)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）。

　　從電池的角度看時，如果信號以一種穩(wěn)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(jìn)一步需要相同的電荷量，以產(chǎn)生相同的信號電壓。當(dāng)沿著這條線前進(jìn)時，會產(chǎn)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(rèn)為是可控阻抗傳輸線。

　　為了達(dá)到信號質(zhì)量，內(nèi)部連接的設(shè)計目標(biāo)是在信號傳遞過程中盡量保持阻抗穩(wěn)定，首先必須保持傳輸線特性阻抗的穩(wěn)定，因此，可控阻抗板的生產(chǎn)變得越來越重要。另外，其它的方法如余線長度短化、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(wěn)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(jìn)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(dǎo)。單位引腳的長度值當(dāng)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(xiàng)，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(guān)。為了區(qū)別特性阻抗和實(shí)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(fā)現(xiàn)的特性阻抗理論聯(lián)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(dāng)電池和傳輸線連接時（假如當(dāng)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(guān)。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(jīng)測量可發(fā)現(xiàn)阻抗有變化。

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