在传输线模型中模拟数字信号行为
从发电和传输到PCB中的高速信号线，电气系统中的传输线行为是开关或振荡信号需要考虑的重要点。如果PCB走线表现为传输线行为，则需要使用传输线模型来模拟其终端网络和瞬态响应。这有助于确保您的信号没有振铃或其他信号完整性问题。
传输线模型:有损与无损
输电线路可以用两种方式建模。理想的传输线是无损的，这意味着线路在电路传播时没有电阻性损失。真正的传输线是有损耗的，这意味着信号携带的一些电压在传播过程中转化为热量。这两个模型都是级联模型，这意味着传输线是通过将多个有损耗或无损电路串联起来来建模的。
无损输电线路模型忽略了电阻引起的欧姆损失当信号传播时，在铜迹和基板中传输，传输线的每一部分都被视为LC电路。这在低速/低频信号中变得很重要，因为它决定了传输线阻抗随频率饱和到固定值的速率。
由于铜有一些小的电阻，并且由于PCB走线与其地平面或回程线之间的电介质不是完美的绝缘体，当信号沿着走线传播时，会有一些信号损失。这包括将一个小电阻与电感串联，并将一个大电阻与电容器并联。请注意，平行导体通常用其电导G表示，它正好是衬底电阻的倒数。
有损和无损传输线模型
应该立即注意到，有损耗传输线的4个参数中有3个与衬底的材料特性有关。所有这些参数都以每条轨迹的单位长度表示。
电导G:这与衬底的导电性有关。
电容C:这取决于衬底的介电常数、迹线的宽度以及到回程线或地平面的距离。
电感L:这取决于衬底的相对磁导率、传输线所包围的面积和迹线的宽度。
如果你检查阻抗RLC网络在传输线模型中，可以很容易地发现，迹阻抗等于:
传输线模型中的跟踪阻抗
注意，在高频限制下，有损耗传输线表现为无损传输线，阻抗与频率无关。每一个参数都可以通过考虑整个传输线的几何形状并除以每个元件的纵向长度来计算。这为传输线中的每个参数提供了一个非常好的近似。
电报员方程与传播延迟
定义电压和电流在轨迹上的行为的两个方程是电报员方程:
报务员的方程
这里，x是沿传输线的距离，t是时间。请注意，这假设迹线的横截面尺寸远小于沿迹线传播的任何信号的波长，因此横向共振和沿y和z的信号传播可以被忽略。对于典型的PCB走线，这是有效的高达数十太赫兹。这两个方程可以解耦成各自的波动方程:
有耗传输线模型中电压和电流的波动方程
这些方程表明电路中由于(RC + GL)项而发生衰减。在无损传输线(R = G = 0)的情况下，上述波动方程简化为无损波动方程。这些方程假设无色散的线性齐次各向同性介质。
由于电磁信号以光速移动，信号在从源到负载的传播过程中会经历一些传播延迟。传播延迟可以通过考虑沿迹传播的信号所看到的有效折射率来求得，也可以直接从光纤中提取电压和电流的波动方程．信号速度可以用有耗传输线模型中的电路元件表示:
有耗传输线上的信号速度
从信号速度和迹长可以很容易地计算出传播延迟。同样，无损情况是通过取G = R = 0来找到的。我们还发现，随着频率的增加，信号速度逐渐接近无损速度。沿传输线的信号延迟必须包括在建模时基于spice的仿真信号传播。
识别数字信号完整性问题
传输线模型可以用来模拟信号传播的两个重要方面。首先，传输线模型是等效LC或RLC网络，当信号切换时具有一定的瞬态响应。添加适当的串联终止电阻可以改变响应从欠阻尼到完全阻尼。这对于消除铃声是非常重要的。注意，这稍微增加了在传输线负载端看到的信号上升/下降时间。
在传输线的负载端，端接对于抑制信号反射是很重要的。这指的是阻抗匹配负载到传输线的阻抗。当存在阻抗不连续时，信号可以反射出负载的输入端口，这在信号沿传输线返回时引起另一个瞬态响应。使用基于spice的模拟器允许您检查阻尼的影响串联端接电阻或由终端网络提供的阻抗匹配。
建模信号传播时，需要指定负载阻抗，以便分析反射对信号完整性的影响。重复响由于传输线中的来回反射，负载处的电压会逐步上升。通过将负载与传输线进行阻抗匹配，可以消除这些问题。
即使线路被匹配的网络终止，在切换过程中仍然会产生振铃。您的目标应该是通过确保您的匹配网络提供必要的阻尼级别来抑制振铃来防止振铃。当您检查基于spice的模拟器的输出时，您将能够测量传输线中RLC网络的阻尼常数和固有频率。这将帮助您设计匹配网络以抑制这些信号完整性问题。
负载时由于阻抗不匹配和多次反射而产生的振铃信号。这个信号有0.3 ns的总传播延迟。
现在，您可以检查传输线模型的时域和频域响应，当您使用OrCAD PSpice模拟器从节奏．这个独特的包是为电路设计和分析复杂PCB设计，使您可以轻松地在原理图和/或PCB中构建和分析复杂的电路模型。
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