高速PCB設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識

什么是傳輸線?

傳輸線的定義是有信號回流的信號線(由兩條一定長度導(dǎo)線組成，一條是信號傳播路徑，另一條是信號返回路徑。)，最常見的傳輸線也就是我們PCB板上的走線。

1. 分析傳輸線，一定要聯(lián)系返回路徑，單根的導(dǎo)體并不能成為傳輸線;2. 和電阻，電容，電感一樣，傳輸線也是一種理想的電路元件，但是其特性卻大不相同，用于仿真效果較好，但電路概念卻比較復(fù)雜;3. 傳輸線有兩個(gè)非常重要的特征：特性阻抗和時(shí)延。

傳輸線阻抗

先來澄清幾個(gè)概念，我們經(jīng)常會看到阻抗、特性阻抗、瞬時(shí)阻抗，嚴(yán)格來講，他們是有區(qū)別的，但是萬變不離其宗，它們?nèi)匀皇亲杩沟幕径x：

將傳輸線始端的輸入阻抗簡稱為阻抗;

將信號隨時(shí)遇到的及時(shí)阻抗稱為瞬時(shí)阻抗;

如果傳輸線具有恒定不變的瞬時(shí)阻抗，就稱之為傳輸線的特性阻抗。

特性阻抗描述了信號沿傳輸線傳播時(shí)所受到的瞬態(tài)阻抗，這是影響傳輸線電路中信號完整性的一個(gè)主要因素。

如果沒有特殊說明，一般用特性阻抗來統(tǒng)稱傳輸線阻抗。

傳輸時(shí)延

Time delay又叫時(shí)延(TD)，通常是指電磁信號或者光信號通過整個(gè)傳輸介質(zhì)所用的時(shí)間。在傳輸線上的時(shí)延就是指信號通過整個(gè)傳輸線所用的時(shí)間。

Propagation delay又叫傳播延遲(PD)，通常是指電磁信號或者光信號在單位長度的傳輸介質(zhì)中傳輸?shù)臅r(shí)間延遲，與“傳播速度”成反比例(倒數(shù))關(guān)系，單位為“Ps/inch”或“s/m”。

從定義中可以看出時(shí)延=傳播延遲*傳輸長度(L)。

PCB的傳輸線結(jié)構(gòu)

典型PCB中所見到的傳輸線結(jié)構(gòu)是由嵌入或臨近電介質(zhì)或絕緣材料，并且具有一個(gè)或多個(gè)參考平面的導(dǎo)線構(gòu)成。典型PCB中的金屬是銅，而電介質(zhì)是一種叫FR4的玻璃纖維。數(shù)字設(shè)計(jì)中最常見的兩種傳輸線類型是微帶線和帶狀線。

微帶線通常指PCB外層的走線，并且只有一個(gè)參考平面。微帶線有兩種類型：埋式或非埋式。埋式(有時(shí)又稱作潛入式)微帶線就是將一根傳輸線簡單地嵌入電介質(zhì)中，但其依然只有一個(gè)參考平面。帶狀線是指介于兩個(gè)參考平面之間的內(nèi)層走線。

下圖所示為PCB上不同元件之間的內(nèi)層走線(帶狀線)和外層走線(微帶線)。標(biāo)識處的剖面圖顯示了傳輸線與地/電源層的相對關(guān)系。