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高速PCB设计基础知识(必备):传输线

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发表于 2019-12-2 16:26:24 | 显示全部楼层 |阅读模式
学习高速PCB设计,首先要知道什么是传输线。信号会产生反射,就是因为PCB上的走线具有一定的阻抗,线上阻抗与输出端的阻抗不匹配,就会导致信号反射。信号在PCB中传输会有延时,如果时序没有匹配,系统就会罢工。这些都是因为传输线产生的问题。

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。
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:
将传输线始端的输入阻抗简称为阻抗;
将信号随时遇到的及时阻抗称为瞬时阻抗;
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。
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)。
PCB的传输线结构
典型PCB中所见到的传输线结构是由嵌入或临近电介质或绝缘材料,并且具有一个或多个参考平面的导线构成。典型PCB中的金属是铜,而电介质是一种叫FR4的玻璃纤维。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
(图文来源:快点PCB平台、网络)
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