各位同学大家好，欢迎继续做客电子工程学习圈，今天我们继续来讲这本书，硬件系统工程师宝典。上篇我们说到为实现信号的有效传输，需要保证信号波形的完整和信号时序的完整，并且知道了从时域、频域两个角度去分析信号。那么，在传输过程的信号要如何描述？就是今天要说的传输线理论。
传输线理论
相较于低速设计，高速设计中的信号由于频率高，信号的边沿上升时间快，信号传输过程PCB各类组件的寄生参数影响增加，在接收端接收到的信号幅度会出现衰减，相位和时序会发生变化。
为了能对高速信号的传输过程精确描述，使信号在接收端能够在其逻辑阈值内对发送信号进行解析，传输线理论在这一类分析中得到了广泛的应用。
作者说，传输线就像高速公路一样，需要满足双向车道不同方向的形成需求，类比高速信号，就是信号路径与信号回流路径。传输线由两个金属层及夹在两个金属层之间的电介质绝缘层组成。在高速电路设计中有两种常用的传输线，分别是微带线和带状线，如下图所示：
微带线的模型
带状线的模型
由上图可知，微带线分布在PCB的最外层，一般只有一边有参考平面，带状线分布在层内，有两个参考平面。信号是以电磁波的形式进行传播的，对于高速电路的理解，要用电磁场的“电”和“场”的理论去理解，如下图所示：
电磁场在空间的传播及电磁空间分布
那么，当传输介质的物理特性发生变化时，电磁场的交替建立过程不能顺利延续，电磁波就会改变传输方式，对外的表现就是出现信号的反射和串扰，也就出现了信号完整性的问题。
信号的推进过程
我们要知道电流永远都是一个回路，电流总是趋于流向阻抗低的路径。作者说信号的传输过程不是从发送端经过传输线的信号发送路径到达接收端，再从接收端经过返回路径返回到发送端，而是信号在传输线周围空间形成交变的电磁场。信号在发送路径和返回路径之间建立电磁场，从而使得两导线之间会产生电压，这个电压是沿着传输线逐步向前推进的。如下图所示为信号的推进过程：
信号的推进过程
信号的推进过程可以看成是给发送路径和返回路径之间的一个个电容器充电的过程，信号每向前移动一段，就要把一些正电荷加到发送电路，加一些负电荷到接收线路上。那么在恒定时间t内就有恒定的电量Q流出，就可以得到恒定的电流。
信号的电压由信号源决定，而电流的大小取决于每步长度的电容和电容充电时间的长短，这和信号每步感受到的阻抗相关，这个阻抗称为瞬态阻抗。如果信号在传输过程的每一步瞬态阻抗都相同，那么称该传输线为可控阻抗的传输线。这是传输线的一个重要特性，称为特性阻抗。
影响特性阻抗的因素
影响特性阻抗的主要因素有线宽、介质厚度、介质的介电常数、PCB走线的铜皮厚度和PCB走线距离参考平面（信号回流平面）的距离。实际的传输线还存在信号损耗，主要包含阻性损耗、介质损耗、相邻耦合损耗、反射损耗和辐射损耗。
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