整合資源好用--關(guān)于PCB的直角問題

直角走線
直角走線一般是PCB布線中要求盡量避免的情況，也幾乎成為衡量布線好壞的標(biāo)準(zhǔn)之一，那么直角走線究竟會(huì)對(duì)信號(hào)傳輸產(chǎn)生多大的影響呢？從原理上說，直角走線會(huì)使傳輸線的線寬發(fā)生變化，造成阻抗的不連續(xù)。其實(shí)不光是直角走線，頓角，銳角走線都可能會(huì)造成阻抗變化的情況。 
直角走線的對(duì)信號(hào)的影響就是主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：一是拐角可以等效為傳輸線上的容性負(fù)載，減緩上升時(shí)間；二是阻抗不連續(xù)會(huì)造成信號(hào)的反射；三是直角尖端產(chǎn)生的EMI。

傳輸線的直角帶來的寄生電容可以由下面這個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算：
C=61W(Er)1/2/Z0 
在上式中，C就是指拐角的等效電容（單位：pF），W指走線的寬度（單位：inch），εr指介質(zhì)的介電常數(shù)，Z0就是傳輸線的特征阻抗。舉個(gè)例子，對(duì)于一個(gè)4Mils的50歐姆傳輸線（εr為4.3）來說，一個(gè)直角帶來的電容量大概為0.0101pF，進(jìn)而可以估算由此引起的上升時(shí)間變化量：
T10-90%=2.2*C*Z0/2 = 2.2*0.0101*50/2 = 0.556ps
通過計(jì)算可以看出，直角走線帶來的電容效應(yīng)是極其微小的。

由于直角走線的線寬增加，該處的阻抗將減小，于是會(huì)產(chǎn)生一定的信號(hào)反射現(xiàn)象，我們可以根據(jù)傳輸線章節(jié)中提到的阻抗計(jì)算公式來算出線寬增加后的等效阻抗，然后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算反射系數(shù)：ρ=(Zs-Z0)/(Zs+Z0)，一般直角走線導(dǎo)致的阻抗變化在7%-20%之間，因而反射系數(shù)最大為0.1左右。而且，從下圖可以看到，在W/2線長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)傳輸線阻抗變化到最小，再經(jīng)過W/2時(shí)間又恢復(fù)到正常的阻抗，整個(gè)發(fā)生阻抗變化的時(shí)間極短，往往在10ps之內(nèi)，這樣快而且微小的變化對(duì)一般的信號(hào)傳輸來說幾乎是可以忽略的。

很多人對(duì)直角走線都有這樣的理解，認(rèn)為尖端容易發(fā)射或接收電磁波，產(chǎn)生EMI，這也成為許多人認(rèn)為不能直角走線的理由之一。然而很多實(shí)際測(cè)試的結(jié)果顯示，直角走線并不會(huì)比直線產(chǎn)生很明顯的EMI。也許目前的儀器性能，測(cè)試水平制約了測(cè)試的精確性，但至少說明了一個(gè)問題，直角走線的輻射已經(jīng)小于儀器本身的測(cè)量誤差。

總的說來，直角走線并不是想象中的那么可怕。至少在GHz以下的應(yīng)用中，其產(chǎn)生的任何諸如電容，反射，EMI等效應(yīng)在TDR測(cè)試中幾乎體現(xiàn)不出來，高速PCB設(shè)計(jì)工程師的重點(diǎn)還是應(yīng)該放在布局，電源/地設(shè)計(jì)，走線設(shè)計(jì)，過孔等其他方面。當(dāng)然，盡管直角走線帶來的影響不是很嚴(yán)重，但并不是說我們以后都可以走直角線，注意細(xì)節(jié)是每個(gè)優(yōu)秀工程師必備的基本素質(zhì)，而且，隨著數(shù)字電路的飛速發(fā)展，PCB工程師處理的信號(hào)頻率也會(huì)不斷提高，到10GHz以上的RF設(shè)計(jì)領(lǐng)域，這些小小的直角都可能成為高速問題的重點(diǎn)對(duì)象。