到底微帶線和帶狀線延時(shí)上的差別有多大？

大家在對(duì)一些數(shù)據(jù)總線處理等長的時(shí)候，都知道要同組同層，除了免去過孔帶來的傳輸延時(shí)之外，微帶線和帶狀線由于信號(hào)傳輸速度的不同，同樣長度的走線延時(shí)也是有差別。我們繞等長的最終目的是為了滿足時(shí)間上的等長而不是單純走線長度上的物理等長。到底微帶線和帶狀線延時(shí)上的差別有多大，繞等長的時(shí)候過孔的長度要不要算進(jìn)去，可能有個(gè)具體的數(shù)據(jù)會(huì)更直觀點(diǎn)。下面我們來將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行估算和量化。

1.微帶線和帶狀線傳輸時(shí)延

PCB中微帶線是指走線只有一個(gè)參考面，帶狀線是指走線有兩個(gè)參考面。帶狀線由于電磁場都被束縛在兩個(gè)參考面之間的板材中，所以走線的有效介電常數(shù)為板材的介電常數(shù)。微帶線會(huì)導(dǎo)致部分電磁場暴露在空氣中，空氣的相對(duì)介電常數(shù)約為1.0006，板材如常規(guī)FR4的介電常數(shù)為4.2，那么微帶線的有效介電常數(shù)在1和4.2之間。

現(xiàn)在以特定的FR4板材和層疊結(jié)構(gòu)來量化微帶線和帶狀線的傳輸延時(shí)。

1.微帶線層疊和時(shí)延

2.帶狀線層疊和時(shí)延

注意一下，時(shí)延的單位為ps/in。從上面兩個(gè)圖中可以看到1000mil的走線，微帶線的時(shí)延為149.668ps，帶狀線的時(shí)延為173.635ps。1000mil的走線，帶狀線和微帶線的時(shí)延差為173.635ps-149.668ps=23.967ps。這個(gè)差距還是非常大的，在繞DDR的數(shù)據(jù)線的時(shí)候，如果數(shù)據(jù)線走線不同層，對(duì)于DDR的源同步時(shí)鐘系統(tǒng)來說，所謂的物理等長會(huì)帶來嚴(yán)重的時(shí)序問題。

3.過孔時(shí)延

經(jīng)過一些數(shù)據(jù)的量化，微帶線和帶狀線的傳輸延時(shí)有很明顯的差距，有了這個(gè)數(shù)據(jù)，有的同學(xué)可能會(huì)對(duì)同組同層的要求認(rèn)識(shí)會(huì)更深刻。對(duì)于一些等長要求不是很嚴(yán)格的走線來說，比如說ddr的地址線，并沒有同組同層的要求。不同層的信號(hào)除了信號(hào)不同層帶來的時(shí)延差之外還相差了一個(gè)過孔的長度，這段長度嚴(yán)格來說也是要算進(jìn)去的。

來對(duì)比一下1.6mm長的過孔和走線時(shí)延差距有多大。

過孔的延時(shí)可以用一個(gè)很簡單的公式來進(jìn)行估算：

Td_via=

L表示過孔的寄生電感，C表示過孔的寄生電容，這兩個(gè)參數(shù)都會(huì)導(dǎo)致過孔的傳輸延時(shí)變大。獲取過孔的寄生電感和寄生電容很簡單，如下圖。

上圖的過孔結(jié)構(gòu)根據(jù)過孔的時(shí)延估算公式可計(jì)算出

Td_via==sqr（0.4021pf*1326.2pH）=23.1ps

而對(duì)于普通FR4板材的微帶線，1.6mm走線傳輸延時(shí)約為11ps，對(duì)于帶狀線約為12.5ps。所以相同長度的走線和過孔之間的時(shí)延差是非常大的。

電磁信號(hào)或者光信號(hào)在傳輸介質(zhì)中的傳輸速度也可用以下簡化公式進(jìn)行估算：

V：電磁信號(hào)或者光信號(hào)在傳輸介質(zhì)中的傳輸速度

C：光速，

Dk：傳輸介質(zhì)的介電常數(shù)，對(duì)于常規(guī)FR4板材來說就是2。

所以信號(hào)在PCB上的傳輸速度≈6mil/ps。

所以特別是對(duì)我們目前等長規(guī)則越來越嚴(yán)格的情況下：

（1）需要做等長的信號(hào)要盡量走同層，換層時(shí)需要注意總的長度要保持相等并且每層走線都需要等長。?

（2）需要等長的信號(hào)走相同走線層可以保持過孔的時(shí)延一致,從而消除過孔時(shí)延不一致帶來的影響。

（3）無法保證同組同層時(shí)，請(qǐng)把過孔的長度也考慮進(jìn)去。其實(shí)任何時(shí)候把這個(gè)選項(xiàng)勾上都是沒有問題的，前提是設(shè)置好層疊結(jié)構(gòu)，這個(gè)Z軸的延時(shí)長度才會(huì)準(zhǔn)確。雖然說相同長度的過孔和走線延時(shí)上會(huì)有差別，勾上這個(gè)選項(xiàng)等長誤差也并不一定準(zhǔn)確，但是完全不勾誤差會(huì)更大。