我们在设计PCB板的时候经常会考虑信号线等长,如果等长做的不好,各个信号之间就会有延时,可能会造成数据采样错误等问题。那么PCB上的延时应该怎么计算?我们经常听到的PCB表层走线比PCB内层走线的速度快为什么?
首先要明确的一个问题是PCB上信号速度不是电子的运动速度。信号在PCB信号线里是以电波的形式向前传播。那么信号速度等于光速么?答案也是否定的。信号速度还与不同材料的介电常数相关。具体计算公式是 V=C/Er0.5 ,其中Er是信号线周围材料的相对介电常数。如果信号线暴露在空气中那么信号的传输速度就等于C,但是在PCB上,传输速度明显小于C。
举例,我们常见的PCB材料Fr4的介电常数在4.2-4.5左右,为了计算方便我们取4。带入公式可以算出,Fr4材料制作的PCB板上面信号的传输速度是光速的二分之一。光速大约等于12inch/ns,计算得出Fr4板上信号速度大约是6inch/ns。换算成延时,也就是166ps/inch。这就是我们经常说的PCB板上信号延时大约是166ps/inch。
为什么表层走线比内层走线速度快呢?显然,我们说的介电常数是信号线周围的介电常数。在PCB内层走线四周都是Fr4基材,介电常数比较一致。但是表层走线只有一半是基材的介电常数,另一半暴露在空气中(忽略绿油丝印等影响,在高速PCB上丝印影响不可忽略),介电常数是1。综合起来表层走线周围的介电常数要小于4,所以表层走线的信号速度要比内层走线快。大约延时在140ps/inch左右。
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