随着电子产品小型化、数字化、高频化、多功能化等的快速发展和进步，作为电子产品中电互连的PCB中导线的作用不仅是电流是否流动的问题，也是“传输线”的作用。 也就是说，用于传输高频信号和高速数字信号的PCB的电气测试不仅不测试线路的“开”、“关”、“短路”等是否符合要求，也不测试其“特性阻抗值”是否符合要求
1、信号传输线路的提交
1.1信号传输线的定义
这是为了区分普通导线而提出的名称。 根据IPC-2141的第3.4.4条定义，“当信号在PCB导线中传输时，如果导线的长度接近信号波长的1/7，则此时的导线为信号传输线”。 有些文献认为，在导线的长度接近波长的1/10的情况下，应当通过信号传输线来处理。 很明显，后者看起来更严厉(糟糕)，但很多人认定是前者。
众所周知，电流通过导体时，会受到“电阻”。 在直流中是电阻，遵循欧姆定律。 也就是说：
R=V/I
交流电中的“电阻”是“电阻”、“感应电阻”、“容抗”的综合结果，如下：
z=〔R2(XL-xc ) 2〕1/2
1.2判断信号传输线
元件传输的是高频信号，但通过导线传输时，频率会下降(时间延迟)。 导线越长，时间的延长就越大。 导线的长度接近波长时，或信号速度(频率)上升到某个范围时，传输的信号会产生明显的“失真”。
高频信号的传输。
假设(一)元件信号传输频率f=10MHZ，引线L=50cm
C=f*
=C/f
/L=C/f*L=60
是普通的导线。
)2)如果元件的信号传输频率f=1GHZ，引线的长度L=10cm
/L=C/f*L=3
不是普通的导线，而是进行特性阻抗值控制的传输线路。
脉冲信号的传输。 在数字电路中，从“0”到“1”的上升时间tr很短，但频率fmax可以用以下公式计算。
fmax=0.35/tr
假设元件上升时间tr为=2ns
fmax=0.35/tr=175 MHZ
L=C/fmax*7=24.5 cm
导线长度24.5 cm时，按信号传输线处理。
现在，TTL(transister-transisterlogic )的tr为4ns1ns0.5ns
ECL(Emitter-coupledlogic )的tr为3ns1ns0.5ns
信号传输线必须控制特性阻抗值。
不进行特性阻抗值的控制时，线路上产生的信号会“反射”，从而“抵消”传输中的信号。 /L比越小，“反射”越严重，产生以下问题。
信号(或能量)传输效率显著降低；
反复干扰(抵消)信号传输，会随着频率的增加而加重
“能量”的一部分作为电磁波向外部辐射，在内部导线和网络之间形成EMI。
1.3、信号普通线与信号传输线的区别
普通信号线和信号传输线的区别主要有三个方面。
信号普通线是指在第一信号传输被接受后发送第二信号。 因此，第一信号传输中的“反射的”信号不抵消第二信号。 另一方面，信号传输线的特征在于在第一信号传输未被接受之前发送第二信号。 因此，在第一信号传输中生成的“反射”信号可消除第二信号，并可削弱第二信号。 越是传输频率快的信号，“失真”越多，信号越消失。
因为信号的普通线的信号传输速度慢，所以即使“反射”信号，之后传输的信号也不会被抵消。 因此，导线的粗细、缺陷(缺口、针孔)等允许一定程度的存在。 在信号传输线路中，这些粗细、缺陷等必须要求非常严格。
信号普通线不要求控制特性阻抗值，只要求“开”、“关”、“短路”电气测试。 另一方面，信号传输线路中要求特性阻抗值的控制。 也就是说，除了要求“开”、“关”、“短路”的电气测试外，还需要对特性阻抗值的控制进行测试。
2、PCB中特性阻抗值zo的设计
2.1、Z0的结构类型和计算方法
主要有两种。 微带线和带状线及其派生的各种结构。 如何选择取决于零部件和电子产品。
微带线(适用于Z0较大的情况。
z0={ 87/{r 1.41 }1/2} ln { 5.98 h/{ 0.8 wt }
带状线(适用于Z0小的情况。
Z0=60ln{4D/[0.67(0.8WT ) }
式中的d是电介质层的厚度。
2.2、微带线的结构和计算方法
根据信号传输线的位置可以形成各种结构及其计算方法(参见《现代印制电路基础》一书第十四章)。
2.3、特性阻抗值Z0的一般设计规则
选择合适的电路板(CCL )材料和PCB结构，确定信号传输线的长度等，确定PCB尺寸。
通过合理的布局和布线，使各组(网络)导线的特性阻抗值Z0与原)部件的特性阻抗值一致。
考虑到线路板材料质量的不稳定波动、PCB生产过程的偏差、控制和PCB设计的因素等因素对PCB的影响
中特性阻抗值Z0偏差的补救与修正的措施和办法。3、信号传输线的布设
3.1信号传输线的长度越短越好
根据信号“传输线”的定义，信号线布设得很短，使其长度小于1/7传输信号波长，便可消除传输信号被“反射”信号而削弱问题。或者说，信号线布设，其长度短到小于1/7传输信号波长，则其布设的导线便可按普通线处理。
如何使信号线布设得更短呢！除了高频的元件合理布设外，应在PCB板上的互连结构上下工夫，如采用埋/盲孔、盘内孔(hole in pad)、叠孔和HDI/BUM等结构来缩短走线。
3.2、高密度布线，介质层越薄，串扰越小
介质层越厚，电磁交叉感应越强，串扰越严重！
介质层要薄，必须选择低εr材料。
3.3、采用非平行走线
密集的平行走线将带来更大的电感与电容，从而产生更大的串扰，也是产生杂音的
原因之一。应采用：
⑴相邻的导线层之间互为直角布设；
⑵同一层上采用阶梯式斜向(45度)布设；
⑶通过导通孔的绞线布设。
3.4、采用差分传输线
采用差分传输线可以明显减小传输线的干扰，这在高频和高速数字的信号传输中非常重要。
⑴差分传输线可以明显减小传输线中信号的干扰，提高传输信号的完整性，这是PCB设计者所熟悉的。但是，不同差分传输线减小干扰信号的程度是不同的。为了减小对传输信号的“共模”干扰，采用的差分传输线，主要应做到如下四个 ：
(一)形状和长度相同，做到“共模”拐角，即不要使形状和长度不相同而引起“共模”干扰；
(二)由直角改为45度角，实验表明，其“共模”干扰可降低50%；
(三)采用补偿 电容，如在 拐角的短线加一个合适的电容，可降低干扰；
(四)形成双绞方式差分传输线。
⑵双绞差分传输线。采用通孔在不同层之间来形成双绞差分传输线是目前最有效地降低干扰信号的方法。
①有偏位(移)双绞差分传输线。又可称为常规双绞差分传输线。
②没有偏位(移)双绞差分传输线。可获得较好的降低信号干扰。
4、特性阻抗值Z0对基板(CCL)材料的要求
从Z0 ={87/(εr+1.41)1/2 }ln{5.98H/(0.8W+T)}公式中可以看出：影响特性阻抗值Z0的主要因素：
(一)介电常数εr；
(二)介质层厚度H；
(三)信号传输线的宽度W；
(四)信号传输线的厚度。这些表明：特性阻抗值Z0与基板材料是息息相关着。实验也表明，影响特性阻抗值Z0从大到小是9(二)、(三)、(一)、(四)顺序排列的。
4.1介电常数εr对特性阻抗值Z0的影响
⑴介电常数εr影响着信号的传输速度。
信号的传输速度是随着介电常数εr的增加而下降。根据电磁波理论中的直率的蜜蜂公式，即： Vs=c/(εr)1/2
表1
⑵介电常数εr的大小是复合材料的“加权和”。这就是说，介电常数εr的大小是与介质层的组成、结构(复合组成与结构)有关。如FR-4材料中，由于采用E-玻纤布的结构(如7628、2116、1080、106等)不同，其树脂含量是不同的，因此，其介电常数εr值是不一样的。对于严格控制特性阻抗值Z0来说，PCB设计和制造都应该了解和加以计算，才能获得更精准的控制与结果。
⑶εr值变动的大小比其它因素影响大，位居第三位。介电常数εr对特性阻抗值Z0的影响可以从Z0的公式中看出来：
Z0 ={87/(εr+1.41)1/2 }ln{5.98H/(0.8W+T)}
显然，介电常数εr值越小，Z0值越大，εr值变动的大小影响大，应加以认真控制。
4.2、介质厚度对特性阻抗值Z0的影响
⑴从Z0的公式中可看出，Z0的值是与介质厚度H的自然对数成正比的。
⑵在相同的厚度下，微带线有较大的Z0值。
⑶厚度偏差对Z0值的影响是处于第一位的，因此必须很好控制介质层的厚度。但由于厚度偏差主要是由CCL制造商，其次是PCB制造者(多层压板)来控制的，一般偏差可控制在较小的范围内。
4.3、导线厚度对特性阻抗值Z0的影响
⑴从Z0的公式中可看出，Z0的值是随着导线厚度T的减少而增加着。
⑵在相同的厚度下，微带线有较大的Z0值。
⑶厚度偏差对Z0值的影响是最小的。
4.4、导线宽度对特性阻抗值Z0的影响
⑴从Z0的公式中可看出，Z0的值是随着导线宽度W的下降而增加。
①计算与实验表明，导线宽度W对特性阻抗值Z0的影响是最大的。
②导线宽度W是PCB生产最难控制的，也是最需要进行控制的。
⑵导线宽度偏差控制的意义。
导线宽度偏差控制的意义，在某种程度上是控制了PCB(OEM设计)的特性阻抗值Z0的范围。因为选定CCL材料和完成PCB设计之后，这意味着：
①介电常数εr值、介质厚度H值和导线厚度T值等基本不变，或变动不大；
②导线宽度偏差最大，也最难控制，因为制造过程长、影响多。
③导线较长又是用来传输信号的，导线宽度偏差是影响特性阻抗值Z0的最大因素。
所以，导线宽度偏差值的控制是当今HDI/BUM板的关键技术。
⑶导线宽度偏差的控制。
①导线宽度尺寸的迅速缩小，其控制越难，属于“精细”节距的控制。
②常规的图形转移技术越来越不能满足精细导线的要求了。
③激光直接成像技术是目前最好的制造精细导线的选择。
5、特性阻抗值Z0的测试
5.1、特性阻抗的测试样板
特性阻抗的测试样板可按IEC 61188-1-2规定进行。IPC-D-275(四种电路板传输线)，IPC-D-317(高速电路板设计规范中传输线的种类)和IPC-TM-650等也作了规定。
5.2、特性阻抗的测试仪
目前是以英国Polar公司生产的特性阻抗测试仪。它是由时域反射计(TDR)、台式计算机和特制的附有1米长电缆测试探头以及待测的样板(或互连板)等组成。
特性阻抗的测试原理是由时域反射计(TDR)向印制板发射出一个信号电压(高频信号或高速脉冲信号的电压)，测量出反射回来的电压变化，然后通过PC计算并输出特性阻抗值Z0来。
计算公式：Z0 =Z参V线/(V参-V线)
5.3、AOI对特性阻抗值的控制
5.4、由于导线制造的完整性(尺寸偏差)在特性阻抗值的控制中的重要性，越来越走向精细化。采用“目检”已经不能胜任，而随着AOI的不断改进与完善，采用AOI技术来控制精细导线已经成为现实，虽然不能完全取代特性阻抗的测试，但是，可以提高PCB的生产率(合格率)，进一步达到控制特性阻抗值的目的。