整合資源好用--關(guān)于PCB的直角問(wèn)題

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

傳輸線(xiàn)的直角帶來(lái)的寄生電容可以由下面這個(gè)經(jīng)驗公式來(lái)計算：
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(xiàn)的寬度（單位：inch），εr指介質(zhì)的介電常數，Z0就是傳輸線(xiàn)的特征阻抗。舉個(gè)例子，對于一個(gè)4Mils的50歐姆傳輸線(xiàn)（εr為4.3）來(lái)說(shuō)，一個(gè)直角帶來(lái)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(guò)計算可以看出，直角走線(xiàn)帶來(lái)的電容效應是極其微小的。

由于直角走線(xiàn)的線(xiàn)寬增加，該處的阻抗將減小，于是會(huì )產(chǎn)生一定的信號反射現象，我們可以根據傳輸線(xiàn)章節中提到的阻抗計算公式來(lái)算出線(xiàn)寬增加后的等效阻抗，然后根據經(jīng)驗公式計算反射系數：ρ=(Zs-Z0)/(Zs+Z0)，一般直角走線(xiàn)導致的阻抗變化在7%-20%之間，因而反射系數最大為0.1左右。而且，從下圖可以看到，在W/2線(xiàn)長(cháng)的時(shí)間內傳輸線(xiàn)阻抗變化到最小，再經(jīng)過(guò)W/2時(shí)間又恢復到正常的阻抗，整個(gè)發(fā)生阻抗變化的時(shí)間極短，往往在10ps之內，這樣快而且微小的變化對一般的信號傳輸來(lái)說(shuō)幾乎是可以忽略的。

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

總的說(shuō)來(lái)，直角走線(xiàn)并不是想象中的那么可怕。至少在GHz以下的應用中，其產(chǎn)生的任何諸如電容，反射，EMI等效應在TDR測試中幾乎體現不出來(lái)，高速PCB設計工程師的重點(diǎn)還是應該放在布局，電源/地設計，走線(xiàn)設計，過(guò)孔等其他方面。當然，盡管直角走線(xiàn)帶來(lái)的影響不是很?chē)乐?，但并不是說(shuō)我們以后都可以走直角線(xiàn)，注意細節是每個(gè)優(yōu)秀工程師必備的基本素質(zhì)，而且，隨著(zhù)數字電路的飛速發(fā)展，PCB工程師處理的信號頻率也會(huì )不斷提高，到10GHz以上的RF設計領(lǐng)域，這些小小的直角都可能成為高速問(wèn)題的重點(diǎn)對象。