传输线的阻抗控制介绍

在进行PCB设计时，我们首先得对各电路模块进行清楚分析，合理布局；并分清板上的信号线，哪些时高速信号，哪些是低速信号，哪些是时钟信号，哪些是差分信号，哪些电源信号，哪些是敏感信号，哪些是总线信号，哪些信号有阻抗控制要求，要求的范围是多少，误差容值是多少？
  为了满足高速信号设计要求，在PCB的布线时应尽量满足以下几点：
    1. 尽量减小走线长度与回流路径以减小传输延时；
    2. 满足阻抗匹配，减少信号反射；
    3. 加大布线间距，减少串扰，减少信号的其它损耗；
  我们一般认为，任何一信号的电路传输延时（Delay length of circuit)大于1/10--1/4信号上升或下降时间（Rise /fall time)时，该信号须当作传输线处理，它在信号传输时是一个分布参数系统，有别于一般的直流或低频信号。（如图Figure1.0所示）

 

     PCB或MCB上的传输线结构（如Figure 1.1）所示，由传导线（导电材料）掩埋或粘附在绝缘材料上形成，常用的绝缘材料有FR4；

    数字系统常见的两种传输线为:微带线（microstrips）与带状线（striplines），接下来我们将结合这两种传输线对阻抗控制展开说明；
  微带线（microstrips）：信号传输参考一个平面层，通常通指外层信号；它有三种模式，1.表面微波传输带（Figure1.2);   2.嵌入式微波传输带(Figure1.3)  3.覆膜微波传输带(Figure1.4)

 

         
    
  带状线(Striplines)通常包括夹在两个参考层和绝缘材质之间的导线迹线,它有两种模式，1.居中/对称带状线（Figure 1.5)； 2.双路（补偿）带状线(Figure1.6)  

  认识了传输线，接下来我们要了解影响PCB迹线阻抗的主要参数：
     1. 配置(传输线的类型，PCB的层叠方式)；
     2. 尺寸（迹线宽度和厚度、线路板材质的高度)；
     3. 线路板材质的绝缘常数；
  PCB阻抗控制测试：大部分控制阻抗的 PCB 要经历 100% 的测试。但是，对于不容易检测到的 PCB 迹线来说则比较困难。此外，迹线可能很短，并且可能包括许多分支，要精确地测试阻抗非常困难。出于测试目的添加额外的线路将会影响性能并占用线路板空间。PCB 测试因此通常在集成到 PCB 面板上的一两个测试试样上执行，而不是在 PCB 本身之上。试样具有和主 PCB 相同的分层和迹线构造，同时和 PCB 的阻抗相同，这是非常精确的。进而测试试样就足以确定线路板的阻抗是否正确了。
  PCB阻抗控制测试方法：阻抗测量通常使用时域反射计 (TDR) 来完成。TDR 通过控制阻抗线缆和探针向试样应用快速电压步长。任何脉冲微波中的反射都将显示在 TDR 上，并且表示阻抗值的变化（称为不连续性。）TDR 可以表明不连续性的位置和幅度。使用适当的软件，TDR 可以绘制试样的测试迹线长度上的阻抗图。所生成的迹线特性阻抗的图形化表示将允许在生产环境中执行此前所述的复杂测量。
  常用的阻抗控制软件除了PCB设计软件自带的外，还有如：CITS27、SI8000等。