数字PCB电路设计(一)

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　　关于高速数字PCB电路的电气特性，设计重点大略可分为三项 :

　　正时 (Timing) :
　　由于数字PCB电路大多依据时脉信号来做信号间的同步工作，因此时脉本身的准确度与各信号间的时间差都需配合才能正确运作，严格的控制线长，基版材质等都成为重要的工作。

　　信号品质(Signal Quality) :
　　高速PCB电路已不能用传统的PCB电路学来解释。随着频率变高，信号线长已逐渐逼近电磁波长，此时诸如传输线原理(Transmission Line) 的分布PCB电路 (Distribute circuit) 的概念，需加以引进才能解释并改进信号量测时所看到的缺陷。

　　电磁干扰(EMI) :
　　需防范PCB电路板的电磁波过强而干扰到其它的PCB电路讯号。

　　Outline
　　v 传输速度的计算
　　v 信号品质
　　v 阻抗不匹配
　　传输速度的计算

　　就传输线a点至b点，我们都必须计算讯号在PCB电路板上的传导速度才行，但这又和许多系数息息相关，包括导体(通常为铜箔)的厚度与宽度，基板厚度与其材质的电介系数(Permittivity)。尤其以基板的电介系数的影响最大，一般而言，传导速度与基板电介系数的平方根成反比。

　　以常见的FR-4而言，其电介系数随着频率而改变，其公式如下 :
　　ε =4.97-0.257 log
　　以Pentium II 的时脉信号为例，其上升或下降缘速率典型值约在2V/ns，对2.5V的时脉信号而言，从10%到90%的信号水平约需1ns的时间，依公式 :
　　BW=0.35/
　　可知频宽为350MHZ。代入公式可知电介系数大约是4.57。
　　如果传导的是两片无穷大的导体所组成的完美传输线，那么传输的速度应为5.43 inch/ns。

　　但对PCB电路板这种信号线(Trace)远比接地层要细长的情况，则可以用微条(Micro strip)或条线(Strip line)的模型来估算。对于走在外层的信号线，以微条的公式 :
　　　inch/ns
　　可得知其传输速度约为6.98 inch/ns
　　对于走内层的信号线，以条线的公式 :
　　inch/ns
　　可得知其传输速度约为5.50 inch/ns

　　除此之外，也不要忽视贯穿孔(Via)的影响。一个贯穿孔会造成24 ps左右的延迟，举例而言，时脉产生器到芯片A的时脉线长为12 inch，并打了4个贯穿孔；到B为7 inch，没有贯穿孔，则两者之间的时脉歪斜为(12-7)/6.98+(0.024X4)=0.81 ns。
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