PCB走线的基本介绍

### PCB走线的基本介绍 #### 直角走线 直角走线是在PCB（印制电路板）布线过程中通常需要避免的一种走线方式，它可能会对信号传输造成不利影响。具体而言，直角走线对信号的主要影响包括： 1. **容性负载**：直角走线在传输线上的拐角处可以被视为引入了额外的容性负载，从而可能导致信号上升时间的延长。这一容性负载可以通过以下的经验公式进行估算： \[ C = 61W(\varepsilon_r)^{1/2}/Z_0 \] 其中，\(C\) 是拐角处的等效电容（单位：pF），\(W\) 是走线的宽度（单位：inch），\(\varepsilon_r\) 是介质的介电常数，\(Z_0\) 是传输线的特征阻抗。例如，对于一条4Mils宽、50Ω特征阻抗的传输线（介电常数\(\varepsilon_r = 4.3\)），一个直角带来的电容约为0.0101pF。 2. **阻抗不连续导致的信号反射**：直角走线会使传输线的线宽发生变化，导致阻抗不连续，从而产生信号反射。反射系数可以通过以下公式计算： \[ \rho = (Z_s - Z_0)/(Z_s + Z_0) \] 其中，\(Z_s\) 是直角走线处的等效阻抗。直角走线导致的阻抗变化通常在7%-20%之间，因此反射系数最大约为0.1。 3. **EMI问题**：直角尖端可能产生额外的电磁干扰（EMI）。然而，许多实际测试结果显示，直角走线并不会显著增加EMI。在GHz以下的应用中，直角走线带来的电容效应、反射和EMI等问题几乎可以忽略不计。 #### 差分走线 差分信号在高速电路设计中非常常见，尤其对于关键信号，通常采用差分结构设计。差分信号的主要优势包括： 1. **强抗干扰能力**：差分信号的两根线之间的耦合良好，外界噪声几乎同时耦合到两条线上，接收端只关心两信号的差值，因此外部噪声可以被抵消。 2. **抑制EMI**：由于差分信号的极性相反，它们对外辐射的电磁场可以互相抵消，减少了电磁能量的泄漏。 3. **精确的时序定位**：差分信号的开关变化位于两信号的交点处，与单端信号依赖高低阈值电压不同，更不易受到工艺和温度的影响，更适合于低幅度信号的电路。 在PCB设计中，为了确保差分信号的良好性能，需要注意以下几点： - **等长、等距**：等长有助于保持两个差分信号始终具有相反的极性，减少共模分量；等距则确保差分阻抗一致，减少反射。 - **尽量靠近原则**：差分走线应尽量靠近以增强耦合效果。 然而，实践中也存在一些误区，例如认为差分信号不需要地平面作为回流路径，或者认为差分走线彼此为对方提供回流途径。实际上，差分信号虽然具有较强的自屏蔽特性，但在高频情况下，仍需要稳定的地平面作为参考回路，以确保信号完整性。 虽然直角走线和差分走线在某些情况下可能会带来一些负面影响，但通过合理的布局和设计策略，这些影响是可以被最小化的。对于从事高速PCB设计的工程师来说，深入理解这些基本原理和技术要点是非常重要的。