原创 传输线_11

6.4 PCB走线的直角

很多布线指导都要求不要使用直角走线，因为直角的走线带来了2个影响：直角处过量的电容，以及微小的延迟。过量的电容是由于直角处比正常走线大的缘故。此外阻抗不连续会产生EMI问题。

但是，这是一种似是而非的观点。

直角走线所产生的延迟的模型是：

L = 12.0 pH
       C = 0.021 pF
        L = 12.0 pH

这个模型的参数和它的结构尺寸相关，如果尺寸缩小，响应的参数也称比例的缩小。

来源：T.C. Edwards in his book, ""Foundations of Interconnect and Microstrip Design", 3rd. ed., pp. 235-236. 

现在可以计算这个直角的各个参数：

(1)     传播延迟TD=sqrt(LC)= sqrt( (2*L)*C ) = 0.71 ps. 

(2)     反射系数 R=(CZ0)/2Tr=0.021*50/2*50ps=0.01=1%。采用50ps的上升沿，反射只有1%。完全可以忽略。

考虑上述同样的结构，PCB的走线的延迟是160ps/in，按照直角计算，它的延迟是160*(0.004+0.004)=1.28ps.这与模型的预测有了些许偏差，因此，(1)如果走线有很多直角，那么根据通常计算得出的延迟必定要大于模型的预测，我们也可以把这个理解成电磁波在直角处走捷径([4]-pp91)。(2)如果上升时间很短，那么几个ps的延迟也可能会产生问题，这依赖于具体的情况。

注：尽管如此，但是国家半导体(NS)，Intel仍然坚持设计工程师尽量避免直角走线。

6.5 直角的辐射

直角走线是否带来过量的辐射呢？答案是否定的。走线的对地高度在整个直角处都是一致的，电场的强度并不会有很大的改变。显微电子探针的确在直角出探测到了场有所集中:,但是，Might the electric-field concentration at a sharp, pointy corner create a lot of radiation? Hogwash. As a trace rounds a corner, it stays a constant distance from the underlying reference plane the whole way. The electric field intensity from trace to plane doesn't radically vary at any point along this track except for a modest perturbation in the vicinity of the actual pointy tip of the corner. The corner, because it's so small, cannot noticeably affect the far-field radiation.”[6]

在受控条件下，测试不同角度的走线，走线的辐射程度没有显著的不同[13]-pp217

Compared to the discontinuities presented at vias, IC pads, and connectors, the parasitics of 90 degree turns are certainly minor. [8]pp-292。

Appendix1 电路的Q值

电路的Q值定义为总存储能量与每个振荡周期所衰耗能量的比。从定义可以看出，一个Q值小的电路信号衰减的快，而高Q值的电路，信号来回振荡，要经过几个振铃周期才能慢慢消逝。一个RLC串连电路的Q值可以近似的表示为Q=(sqrt(LC))/R。

Appendix2 传输线为什么是50ohm[14]

        经常见到的传输线特性阻抗是50ohm，为什么不是60，70或其他别的值？尽管有其他的值，但50ohm是最常见的传输线特性阻抗。

    第一，板子和器件决定了走线的宽度，在宽度基本不变的情况下，为了减少EMI的问题，我们总是希30望布线的对地高度尽量的小。阻抗值和线宽以及对地高度有很大关系；

    第二，串扰和布线的对地高度有关系，高度减半，串扰减小将近4倍；

    第三，较低的高度产生一个低阻抗，低阻抗受容性负载的影响较小。之所以不能无限的接近地平面，因为很多芯片不能驱动一个过低的阻抗（小于50ohm），制造的因素也限制了阻抗的值。

此外，由于历史上的原因50ohm的传输线实际上是继承了同轴电缆的阻抗值。同轴电缆在30ohm阻抗的时候具有最大的功率能力(power handling)，在77ohm阻抗的时候具有最大的效率(power efficiency)，因此，50ohm是一个很好的折中。当电缆中的介质是典型的固体介质时，如Teflon，50ohm阻抗时损耗最小。

有线电视采用75ohm，因此电视信号要长距离传送，因此，必须考虑损耗和效率的问题。