PCB电路板上把走线当传输线的处理方法
0 2022-09-26

多长的走线才是传输线?

这和信号的传播速度有关,在上铜线条中信号速度为6in/ns。简单的说,只要信号在走线上的往返时间大于信号的上升时间,上的走线就应当做传输线来处理。

我们看信号在一段长走线上传播时会发生什么情况。假设有一段60英寸长的PCB走线,如图1所示,返回路径是PCB板靠近的地平面,信号线和地平面间在远端。

PCB电路板上把走线当传输线的处理方法解析

图1

信号在这条走线上向前传播,传输到走线尽头需要10ns,返回到源端又需要10ns,则总的往返时间是20ns。如果把上面的信号往返路径看成普通的回路的话,返回路径上应该没有电流,因为在远端是开路的。但实际情况却不是这样,返回路径在信号上后最初的一段时间有电流。

在这段走线上加一个上升时间为1ns的信号,在最初的1ns时间,信号还线条上只走了6英寸,不知道远端是开路还是短路,那么信号感觉到的阻抗有多大,怎么确定?如果把信号往返路径看成普通的电流回路的话就会产生矛盾,所以,必须按传输线处理。

实际上,在信号线条和返回地平面间存在寄生,如图2所示。当信号向前传播过程中,A点处电压不断不变化,对于寄生电容来说,变化的电压意味着产生电流,方向如图中虚线所示。因此信号感受到的阻抗就是电容呈现出来的阻抗,寄生电容构成了电流回流的路径。信号在向前传播所经过的每一点都会感受到一个阻抗,这个阻抗是变化的电压施加到寄生电容上产生的,通常叫做传输线的瞬态阻抗。

PCB电路板上把走线当传输线的处理方法解析

图2

当信号到达远端,远端的电压升至信号的最终电压后,电压不再变化。虽然寄生电容还是存在,但是没有电压的变化,电容相当于开路,这对应的就是直流情况。

因此,这个信号路径短期的表现和长期的表现不一样,在起始一小段时间内,表现就是传输线。即使传输线远端开路,在信号跳变期间,传输线前段的性能也会像一个阻值有限的。

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