數字工程師要掌握的射頻知識連載（二）

　　通過前面的研究我們知道數字信號的頻譜是分布很寬的，其最高的頻率分量范圍主要取決于信號的上升時間而不僅僅是數據速率。當這樣高帶寬的數字信號在傳輸時，所面臨的第一個挑戰就是傳輸通道的影響。

　　真正的傳輸通道如PCB、電纜、背板、連接器等的帶寬都是有限的，這就會把原始信號里的高頻成分銷弱或完全濾掉，高頻成分丟失后在波形上的表現就是信號的邊沿變緩、信號上出現過沖或者震蕩等。

　　另外，根據法拉第定律，變化的信號跳變會在導體內產生渦流以抵消電流的變化。電流的變化速率越快(對數字信號來說相當于信號的上升或下降時間越短)，導體內的渦流越強烈。當數據速率達到約1Gb/s以上時，導體內信號的電流和感應的電流基本完全抵消，凈電流僅被限制在導體的表面上流動，這就是趨膚效應。趨膚效應會增大損耗并改變電路阻抗，阻抗的改變會改變信號的各次諧波的相位關系，從而造成信號的失真。

　　除此以外，最常用來制造電路板的FR-4介質是玻璃纖維編織成的，其均勻性和對稱性都比較差，同時FR-4材料的介電常數還和信號頻率有關，所以信號中不同頻率分量的傳輸速度也不一樣。傳輸速度的不同會進一步改變信號中各個諧波成分的相位關系，從而使信號更加惡化。

　　因此，當高速的數字信號在PCB上傳輸時，信號的高頻分量由于損耗會被銷弱，各個不同的頻率成分會以不同的速度傳輸并在接收端再疊加在一起，同時又有一部分能量在阻抗不連續點如過孔、連接器或線寬變化的地方產生多次反射，這些效應的組合都會嚴重改變波形的形狀。要對這么復雜的問題進行分析是一個很大的挑戰。

　　值得注意的一點是，信號的幅度衰減、上升/下降時間的改變、傳輸時延的改變等很多因素都和頻率分量有關，不同頻率分量受到的影響是不一樣的。而對數字信號來說，其頻率分量又和信號中傳輸的數字符號有關(比如0101的碼流和0011的碼流所代表的頻率分量就不一樣)，所以不同的數字碼流在傳輸中受到的影響都不一樣，這就是碼間干擾ISI(inter-symbol interference ISI)。

　　注：關于傳輸通道影響以及ISI的概念也可以參考本人剛出版的《高速數字接口原理與測試指南》一書。