利用布線(xiàn)技巧提高嵌入式系統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(xiàn)不僅只布置在單個(gè)層面上，而是在多個(gè)層面上交錯布置，各層面間通過(guò)過(guò)孔進(jìn)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(xiàn)、走線(xiàn)拐角、過(guò)孔3個(gè)部分。在低頻情況下，印制線(xiàn)和走線(xiàn)過(guò)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(huì )產(chǎn)生太大影響。但在高頻情況下，印制線(xiàn)、拐角和過(guò)孔就不能僅考慮其連通性，還應考慮其高頻時(shí)電氣特性和寄生參數的影響。
2．1 高速PCB中傳輸線(xiàn)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(xiàn)，且長(cháng)短不一，信號經(jīng)過(guò)連接線(xiàn)的延遲時(shí)間與信號本身的變化時(shí)間相比已經(jīng)不能忽略，信號以電磁波的速度在連接線(xiàn)上傳輸，此時(shí)的連接線(xiàn)是帶有電阻、電容、電感的復雜網(wǎng)絡(luò )，需要用分布參數系統模型來(lái)描述，即傳輸線(xiàn)模型。傳輸線(xiàn)用于將信號從一端傳輸到另一端，由2條有一定長(cháng)度的導線(xiàn)組成，一條稱(chēng)為信號路徑，一條稱(chēng)為返回路徑。在低頻電路中，傳輸線(xiàn)的特性表現為純電阻電氣特性。在高速PCB中，隨著(zhù)傳輸信號頻率的增加，導線(xiàn)間的容性阻抗減小，導線(xiàn)上感性阻抗增加，信號線(xiàn)將不再只表現為純電阻，即信號將不僅在導線(xiàn)上傳輸，而且也會(huì )在導體間的介質(zhì)中傳播。如果信號頻率進(jìn)一步增加，當jωL>>R，1／(jωC)R時(shí)，導線(xiàn)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(xiàn)電氣特性等效模型。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/151418.htm
對于均勻導線(xiàn)，在不考慮外部環(huán)境變化的情況下，電阻R、傳輸線(xiàn)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(xiàn)為無(wú)損傳輸線(xiàn)，即R=0時(shí)，若取線(xiàn)參數：?jiǎn)挝婚L(cháng)度電容C1、單位長(cháng)度電感量L1和傳輸線(xiàn)的總長(cháng)度為L(cháng)en，則有：
傳輸線(xiàn)總電容：
傳輸線(xiàn)總電感：
根據傳輸線(xiàn)的線(xiàn)參數和總長(cháng)度，可計算傳輸線(xiàn)的特性阻抗Z0和時(shí)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(xiàn)總長(cháng)度，以及電容、電感，均可以減小信號線(xiàn)上的傳輸時(shí)延。
2．2 高速PCB中過(guò)孔的電氣特性分析
過(guò)孔，通常是指印刷電路板中的一個(gè)孔，它是多層PCB設計中的一個(gè)重要因素。過(guò)孔可以用來(lái)固定安裝插接元件或連通層問(wèn)走線(xiàn)。從工藝層面來(lái)看，過(guò)孔一般分為三類(lèi)：盲孔、埋孔和通孔。盲孔是指位于印刷線(xiàn)路板的頂層和底層表面，具有一定深度，用于表層線(xiàn)路與下面內層線(xiàn)路的連接，孔的深度與孔徑通常不超過(guò)一定的比率。埋孔是指位于印刷線(xiàn)路板內層的連接孔，它不會(huì )延伸到線(xiàn)路板的表面。通孔穿過(guò)整個(gè)線(xiàn)路板，可用于實(shí)現層間走線(xiàn)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(shí)現，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(guò)孔。以下所說(shuō)的過(guò)孔，均作為通孔考慮。
過(guò)孔作為一段特殊的傳輸線(xiàn)，在高速電路中，過(guò)孔不但產(chǎn)生對地的寄生電容，同時(shí)也存在著(zhù)寄生電感，其電氣特性的等效模型如圖2所示。
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