什麼是衰減：訊號如何隨距離減弱

最初發布於 Mar 30, 2026, 更新於 Mar 30, 2026

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當訊號從源頭經由 PCB 導體傳送到負載時，會因走線電阻與介電損耗而衰減，導致能量損失。訊號衰減是高速訊號在電路板上傳輸時最常見的術語。 它是造成訊號劣化的主要原因之一，進而引發訊號完整性問題。通常頻率越高衰減越明顯，這與集膚效應等現象有關。

衰減係數決定了訊號在仍能提供足夠資料位元或資訊的前提下可傳輸多遠。它量化了不同傳輸介質如何隨頻率降低傳輸訊號的振幅，公式如下：

AF = P 輸出 / P 輸入

訊號衰減係數取決於：

什麼是衰減？意義與定義

衰減是訊號在介質中傳播時振幅減小的現象，可能由傳輸損耗、反射或吸收造成。在電氣系統中，衰減指的是電壓沿導線或其他傳輸線流動時的下降。衰減的系統也可稱為劣化系統。

衰減以分貝（dB）表示，代表輸出與輸入功率或強度的比值。衰減值可從無阻礙或完美傳輸的 0 dB，到極大的負數。一個完美的衰減器若為 0 dB，表示在傳輸線上有無限多個抽頭。

談到訊號或纜線衰減，我們指的是發射端與接收端之間的訊號劣化。訊號損失可能由影響纜線品質的多種變數引起，例如：

有幾種方法可防止或改善衰減，最常見的方式包括：

1) 使用物理屏障： 防止兩條導體接觸而短路。

2) 使用前置放大器： 在訊號到達目的地前提升強度，減少訊號損失。

3) 使用平衡-不平衡轉換器（Balun）： 增加兩條導體間的距離，防止短路。

4) 提高訊號強度： 有助於防止衰減，確保可靠傳輸。

5) 多種訊號增強方法： 可使用各種技術維持訊號完整性。

訊號衰減以每單位長度的分貝（dB）估算，可依功率或電壓計算。

為避免衰減風險，會發送多個訊號以確保至少有一個到達接收端，但此方法會降低整體網路速度。衰減越低，傳輸介質效率越高；衰減越高，訊號損失越多，接收端振幅越小。

訊號振幅會因走線電阻與電路板介電材料的損耗因子而失真，高頻時更明顯，因訊號傾向沿走線表面傳播。衰減會導致訊號上升時間變慢，並增加資料錯誤機率。

介電吸收： 高頻訊號沿電路板表面傳播時，介電材料會吸收訊號能量，降低訊號強度，只能透過選擇合適的 PCB 材料來控制。選用損耗正切低的材料可減少介電吸收。

集膚效應： 集膚效應是指高頻成分傾向於在導體外表面而非內部傳播。高頻訊號具有自感值，頻率越高感抗越大，會減少 PCB 表面的導電面積。增加走線寬度（表面積）可減輕集膚效應，但改變走線幾何形狀可能導致阻抗問題，未必總是可行。

隨著訊號範圍增加，衰減也會加劇。窄走線與串擾也會影響訊號衰減。以下因素會導致訊號衰減：

傳輸頻率： 波長越短，無線電波衰減越大。這類訊號透過 2.4 GHz 或 5 GHz 電磁波傳送，電磁波頻率高、波長短，因此無線訊號衰減大，無法長距離傳輸。

導體材料的電阻損耗： 傳輸線使用的導電材料（如銅）會引入電阻損耗，導致銅走線上的訊號衰減。

介電材料損耗： 介電材料損耗來自於傳輸線間的介電層，會在基板中形成電導（又稱反向電阻），吸收部分傳播的訊號能量，導致訊號衰減。

銅箔表面粗糙度： PCB 銅箔表面粗糙度也會阻礙訊號傳播，粗糙銅走線增加電阻，因銅表面起伏使訊號上下移動，表面尖峰也會增加電容。使用平滑銅可解決此問題，但成本較高。

可透過以下技術減輕訊號衰減：

使用中繼器： 若接收訊號微弱，可用中繼器再生原始訊號以減少衰減，同時擴展訊號範圍，使其能長距離傳輸而不失效。

使用放大器： 若接收訊號微弱，可用放大器提升振幅，不同於中繼器的是，放大器僅增強振幅而非再生整個訊號。

適當材料選擇： 精心選用低損耗介電材料與低電阻走線，可將訊號衰減降至最低。

使用可程式差分輸出電壓（VOD）設定： 可程式 VOD 可確保驅動強度與線路阻抗及走線長度同步，在驅動端提高 VOD 可增強接收端訊號。

預加重： 使用放大器提升訊號強度並非唯一解，因為它也會放大雜訊與抖動。預加重僅增強訊號的高頻成分，提升第一個傳送符號的位準，若後續符號位準相同則保持不變。例如，若訊號連續三個符號為高位準，僅第一個符號被強調，後兩個維持正常位準。

訊號衰減是高速 PCB 設計的關鍵因素，影響訊號完整性與整體系統效能。訊號在傳輸線上傳播時，會因走線電阻、介電吸收、集膚效應與材料特性而產生損耗，這些損耗在高頻時更明顯，導致訊號品質劣化與潛在資料錯誤。

透過在設計 PCB 佈局時將衰減納入考量，包括適當接地、阻抗匹配與受控走線幾何形狀，工程師可提升訊號完整性並減少效能劣化。隨著電子系統持續挑戰速度與複雜度的極限，解決訊號衰減仍是維持電路內部高效可靠通訊的關鍵環節。