利用布線技巧提高嵌入式系統(tǒng)PCB的信號完整性
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2 傳輸通道電氣特性分析
在多層PCB中，絕大部分傳輸線不僅只布置在單個層面上，而是在多個層面上交錯布置，各層面間通過過孔進行連接。所以，在多層PCB中，一條典型的傳輸通道主要包括傳輸線、走線拐角、過孔3個部分。在低頻情況下，印制線和走線過孔可以看成普通的連接不同器件管腳的電氣連接，對信號質(zhì)量不會產(chǎn)生太大影響。但在高頻情況下，印制線、拐角和過孔就不能僅考慮其連通性，還應考慮其高頻時電氣特性和寄生參數(shù)的影響。
2．1 高速PCB中傳輸線的電氣特性分析
在高速PCB設計中，不可避免地要使用大量的信號連接線，且長短不一，信號經(jīng)過連接線的延遲時間與信號本身的變化時間相比已經(jīng)不能忽略，信號以電磁波的速度在連接線上傳輸，此時的連接線是帶有電阻、電容、電感的復雜網(wǎng)絡，需要用分布參數(shù)系統(tǒng)模型來描述，即傳輸線模型。傳輸線用于將信號從一端傳輸?shù)搅硪欢?，?條有一定長度的導線組成，一條稱為信號路徑，一條稱為返回路徑。在低頻電路中，傳輸線的特性表現(xiàn)為純電阻電氣特性。在高速PCB中，隨著傳輸信號頻率的增加，導線間的容性阻抗減小，導線上感性阻抗增加，信號線將不再只表現(xiàn)為純電阻，即信號將不僅在導線上傳輸，而且也會在導體間的介質(zhì)中傳播。如果信號頻率進一步增加，當jωL>>R，1／(jωC)R時，導線上的感抗jωL和容抗1／(jωC)成為比電阻R更主要的因素。圖1為傳輸線電氣特性等效模型。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/151418.htm
對于均勻?qū)Ь€，在不考慮外部環(huán)境變化的情況下，電阻R、傳輸線寄生電感L和寄生電容C平均分布(即L1=L2=…=Ln；C1=C2=…=Cn+1)。假設傳輸線為無損傳輸線，即R=0時，若取線參數(shù)：單位長度電容C1、單位長度電感量L1和傳輸線的總長度為Len，則有：
傳輸線總電容：
傳輸線總電感：
根據(jù)傳輸線的線參數(shù)和總長度，可計算傳輸線的特性阻抗Z0和時延TD，公式如下：
由以上公式可以明顯看出，增大電容，減小電感，可以減小特性阻抗；減小傳輸線總長度，以及電容、電感，均可以減小信號線上的傳輸時延。
2．2 高速PCB中過孔的電氣特性分析
過孔，通常是指印刷電路板中的一個孔，它是多層PCB設計中的一個重要因素。過孔可以用來固定安裝插接元件或連通層問走線。從工藝層面來看，過孔一般分為三類：盲孔、埋孔和通孔。盲孔是指位于印刷線路板的頂層和底層表面，具有一定深度，用于表層線路與下面內(nèi)層線路的連接，孔的深度與孔徑通常不超過一定的比率。埋孔是指位于印刷線路板內(nèi)層的連接孔，它不會延伸到線路板的表面。通孔穿過整個線路板，可用于實現(xiàn)層間走線互連或作為元件的安裝定位孔。由于通孔在工藝上更易于實現(xiàn)，成本較低，所以一般印制電路板均使用通孔，而不用另外兩種過孔。以下所說的過孔，均作為通孔考慮。
過孔作為一段特殊的傳輸線，在高速電路中，過孔不但產(chǎn)生對地的寄生電容，同時也存在著寄生電感，其電氣特性的等效模型如圖2所示。
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