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我的朋友

分类: 嵌入式

2016-11-09 15:35:39

很多人对于 PCB 上线条的临界长度这个概念非常模糊,甚至很多人根本不知道这个概念,如果你设计高速电路板却不知道这个概念,那可以肯定,最终做出的电路板很可能无法稳定工作,而你却一头雾水,无从下手调试。

       临界长度在业界说法很混乱,有人说 3 英寸,有人说1 英寸,我还听说过很多其他的说法,多数是因为对这个概念理解有误造成的。很多人说,奥,走线太长会引起信号反射,走线很短的话不会产生反射。这种说法是非常错误的,把好几个概念像搅浆糊一样混在一起。那么临界长度到底是什么,是多少,为什么要关注临界长度?

       理解临界长度的最好方法就是从时间角度来分析。信号在 pcb 走线上传输需要一定的时间,普通FR4 板材上传输时间约为每纳秒6 英寸,当然表层走线和内层走线速度稍有差别。当走线上存在阻抗突变就会发生信号反射,这和走线长度无关。但是,如果走线很短,在源端信号还没上升到高电平时,反射信号就已经回到源端,那么发射信号就被淹没在上升沿中,信号波形没有太大的改变。走线如果很长,发射端信号已经到达高电平,反射信号才到达源端,那么反射信号就会叠加在高电平位置,从而造成干扰。那么走线长度就有一个临界值,大于这个值,返回信号叠加在高电平处,小于这个值反射信号被上升沿淹没。这个临界值就是临界长度,注意,这种定义非常不准确,因为只考虑了一次反射情况,这里只是为了理解概念需要,暂时这样说。

       那么准确的定义是什么?实际中反射都是发生多次的,虽然第一次信号反射回到源端的时间小于信号上升沿时间,但是后面的多次反射还会叠加在高电平位置,对信号波形造成干扰。那么,临界长度的合理定义应该是:能把反射信号的干扰控制在可容忍的范围内的走线长度。这一长度上的信号往返时间要比信号上升时间小很多。试验中发现的经验数据为,当信号在pcb 走线上的时延高于信号上升沿的20%时,信号会产生明显的振铃。对于上升时间为1ns 的方波信号来说,pcb 走线长度为0.2*6=1.2inch 以上时,信号就会有严重的振铃。所以临界长度就是1.2inch,大约3cm。你可能注意到了,又是信号上升时间!再一次强调,信号上升时间在高速设计中占有重要地位。
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