高速PCB設(shè)計(jì)中傳輸線的概念及結(jié)構(gòu)分析

學(xué)習(xí)高速PCB設(shè)計(jì)，首先要知道什么是傳輸線。信號(hào)會(huì)產(chǎn)生反射，就是因?yàn)?a target="_blank">PCB上的走線具有一定的阻抗，線上阻抗與輸出端的阻抗不匹配，就會(huì)導(dǎo)致信號(hào)反射。信號(hào)在PCB中傳輸會(huì)有延時(shí)，如果時(shí)序沒(méi)有匹配，系統(tǒng)就會(huì)罷工。這些都是因?yàn)閭鬏斁€產(chǎn)生的問(wèn)題。

什么是傳輸線？

傳輸線的定義是有信號(hào)回流的信號(hào)線（由兩條一定長(zhǎng)度導(dǎo)線組成，一條是信號(hào)傳播路徑，另一條是信號(hào)返回路徑。），最常見(jiàn)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(lái)澄清幾個(gè)概念，我們經(jīng)常會(huì)看到阻抗、特性阻抗、瞬時(shí)阻抗，嚴(yán)格來(lái)講，他們是有區(qū)別的，但是萬(wàn)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(jiǎn)稱(chēng)為阻抗；

將信號(hào)隨時(shí)遇到的及時(shí)阻抗稱(chēng)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(chēng)之為傳輸線的特性阻抗。

特性阻抗描述了信號(hào)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(hào)完整性的一個(gè)主要因素。

如果沒(méi)有特殊說(shuō)明，一般用特性阻抗來(lái)統(tǒng)稱(chēng)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(hào)或者光信號(hào)通過(guò)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(hào)通過(guò)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(hào)或者光信號(hào)在單位長(zhǎng)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(zhǎng)度（L）。

PCB的傳輸線結(jié)構(gòu)

典型PCB中所見(jiàn)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(jiàn)的兩種傳輸線類(lèi)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(lèi)型：埋式或非埋式。埋式（有時(shí)又稱(chēng)作潛入式）微帶線就是將一根傳輸線簡(jiǎn)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(shí)處的剖面圖顯示了傳輸線與地/電源層的相對(duì)關(guān)系。

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