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学习高速PCB设计,传输线的知识你搞明白了吗?

菜鸟
2020-05-18 10:34:30    评分

学习高速PCB设计,有很多知识是需要大家掌握的,传输线便是其中之一。但是,不管是初学者,还是一些有经验的工程师,大家对于传输线却经常是一知半解、似懂非懂。本文,我们不妨就一起来学习下关于传输线的知识吧!

什么是传输线?

传输线的定义是有信号回流的信号线(由两条一定长度导线组成,一条是信号传播路径,另一条是信号返回路径。),最常见的传输线也就是我们PCB板上的走线。

数字设计中最常见的两种传输线类型是微带线和带状线。

微带线通常指PCB外层的走线,并且只有一个参考平面。微带线有两种类型:埋式或非埋式。埋式(有时又称作潜入式)微带线就是将一根传输线简单地嵌入电介质中,但其依然只有一个参考平面。

带状线是指介于两个参考平面之间的内层走线。

下图所示为PCB上不同元件之间的内层走线(带状线)和外层走线(微带线)。标识处的剖面图显示了传输线与地/电源层的相对关系。

典型PCB传输线示意图

在高速PCB设计中,如果是4层板以上的PCB,尽量走带状线,就是说要把高速信号线走到里层去,这样既能够减少EMI、EMC,抗干扰能力也可以加强。

关于传输线,你还需要知道这些知识点:

1、分析传输线,一定要联系返回路径,单根的导体并不能成为传输线;

2、和电阻,电容,电感一样,传输线也是一种理想的电路元件,但是其特性却大不相同,用于仿真效果较好,但电路概念却比较复杂;

3、传输线有两个非常重要的特征:特性阻抗和时延。

传输线阻抗

先来澄清几个概念,我们经常会看到阻抗、特性阻抗、瞬时阻抗,严格来讲,他们是有区别的,但是万变不离其宗,它们仍然是阻抗的基本定义:

a)将传输线始端的输入阻抗简称为阻抗;

b)将信号随时遇到的及时阻抗称为瞬时阻抗;

c)如果传输线具有恒定不变的瞬时阻抗,就称之为传输线的特性阻抗。

特性阻抗描述了信号沿传输线传播时所受到的瞬态阻抗,这是影响传输线电路中信号完整性的一个主要因素。

如果没有特殊说明,一般用特性阻抗来统称传输线阻抗。

PS:对于高速PCB设计而言,我们的目标是信号在传输过程中尽量保持阻抗稳定,而这必须保持传输线特性阻抗的稳定。

传输时延

Time delay又叫时延(TD),通常是指电磁信号或者光信号通过整个传输介质所用的时间。在传输线上的时延就是指信号通过整个传输线所用的时间。

Propagation delay又叫传播延迟(PD),通常是指电磁信号或者光信号在单位长度的传输介质中传输的时间延迟,与“传播速度”成反比例(倒数)关系,单位为“Ps/inch”或“s/m”。

从定义中可以看出时延=传播延迟*传输长度(L)。

知识扩展:

PCB设计中如何消除传输线干扰?

1、避免传输线的阻抗不连续性。阻抗不连续的点就是传输线突变的点,如直拐角、过孔等,应尽量避免。方法有:避免走线的直拐角,尽可能走45°角或者弧线,大弯角也可以;尽可能少用过孔,因为每个过孔都是阻抗不连续点,外层信号避免通过内层,反之亦然。

2、不要用桩线。因为任何桩线都是噪声源。如果桩线短,可在传输线的末端端接就可以了;如果桩线长,会以主传输线为源,产生很大的反射,使问题复杂化,建议不要使用。

(图文来源:快点PCB平台、网络)



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