在高速設(shè)計(jì)中，可控阻抗板和線路的特性阻抗問(wèn)題困擾著許多中國(guó)工程師。本文通過(guò)簡(jiǎn)單而且直觀的方法介紹了特性阻抗的基本性質(zhì)、計(jì)算和測(cè)量方法。在高速設(shè)計(jì)中，可控阻抗板和線路的特性阻抗是最重要和最普遍的問(wèn)題之一。首先了解一下傳輸線的定義：傳輸線由兩個(gè)具有一定長(zhǎng)度的導(dǎo)體組成，一個(gè)導(dǎo)體用來(lái)發(fā)送信號(hào)，另一個(gè)用來(lái)接收信號(hào)(切記“回路”取代“地”的概念)。在一個(gè)多層板中，每一條線路都是傳輸線的組成部分，鄰近的參考平面可作為第二條線路或回路。一條線路成為“性能良好”傳輸線的關(guān)鍵是使它的特性阻抗在整個(gè)線路中保持恒定。線路板成為“可控阻抗板”的關(guān)鍵是使所有線路的特性阻抗?jié)M足一個(gè)規(guī)定值，通常在25歐姆和70歐姆之間。在多層線路板中，傳輸線性能良好的關(guān)鍵是使它的特性阻抗在整條線路中保持恒定。但是，究竟什么是特性阻抗?理解特性阻抗最簡(jiǎn)單的方法是看信號(hào)在傳輸中碰到了什么。當(dāng)沿著一條具有同樣橫截面?zhèn)鬏斁€移動(dòng)時(shí)，這類似圖1所示的微波傳輸。假定把1伏特的電壓階梯波加到這條傳輸線中，如把1伏特的電池連接到傳輸線的前端(它位于發(fā)送線路和回路之間)，一旦連接，這個(gè)電壓波信號(hào)沿著該線以光速傳播，它的速度通常約為6英寸/納秒。當(dāng)然，這個(gè)信號(hào)確實(shí)是發(fā)送線路和回路之間的電壓差，它可以從發(fā)送線路的任何一點(diǎn)和回路的相臨點(diǎn)來(lái)衡量。圖2是該電壓信號(hào)的傳輸示意圖。Zen的方法是先“產(chǎn)生信號(hào)”，然后沿著這條傳輸線以6英寸/納秒的速度傳播。第Y個(gè)0.01納秒前進(jìn)了0.06英寸，這時(shí)發(fā)送線路有多余的正電荷，而回路有多余的負(fù)電荷，正是這兩種電荷差維持著這兩個(gè)導(dǎo)體之間的1伏電壓差，而這兩個(gè)導(dǎo)體又組成了一個(gè)電容器。在下一個(gè)0.01納秒中，又要將一段0.06英寸傳輸線的電壓從0調(diào)整到1伏特，這必須加一些正電荷到發(fā)送線路，而加一些負(fù)電荷到接收線路。每移動(dòng)0.06英寸，必須把更多的正電荷加到發(fā)送線路，而把更多的負(fù)電荷加到回路。每隔0.01納秒，必須對(duì)傳輸線路的另外一段進(jìn)行充電，然后信號(hào)開(kāi)始沿著這一段傳播。電荷來(lái)自傳輸線前端的電池，當(dāng)沿著這條線移動(dòng)時(shí)，就給傳輸線的連續(xù)部分充電，因而在發(fā)送線路和回路之間形成了1伏特的電壓差。每前進(jìn)0.01納秒，就從電池中獲得一些電荷(±Q)，恒定的時(shí)間間隔(±t)內(nèi)從電池中流出的恒定電量(±Q)就是一種恒定電流。流入回路的負(fù)電流實(shí)際上與流出的正電流相等，而且正好在信號(hào)波的前端，交流電流通過(guò)上、下線路組成的電容，結(jié)束整個(gè)循環(huán)過(guò)程。

開(kāi)發(fā)PCB鋁基板1.布局首先，要考慮PCB尺寸大小。PCB尺寸過(guò)大時(shí)，印制線條長(zhǎng)，阻抗增加，抗噪聲能力下降，成本也增加;過(guò)小，PCB鋁基板生產(chǎn)廠則散熱不好，且鄰近線條易受干擾。在確定PCB尺寸后.再確定特殊元件的位置。最后，根據(jù)電路的功能單元，對(duì)電路的全部元器件進(jìn)行布局。在確定特殊元件的位置時(shí)要遵守以下原則：(1)盡可能縮短高頻元器件之間的連線，設(shè)法減少它們的分布參數(shù)和相互間的電磁干擾。易受干擾的元器件不能相互挨得太近，輸入和輸出元件應(yīng)盡量遠(yuǎn)離。(2)某些元器件或?qū)Ь€之間可能有較高的電位差，應(yīng)加大它們之間的距離，以免放電引出意外短路。帶高電壓的元器件應(yīng)盡量布置在調(diào)試時(shí)手不易觸及的地方。(3)應(yīng)留出印制扳定位孔及固定支架所占用的位置。根據(jù)電路的功能單元.對(duì)電路的全部元器件進(jìn)行布局時(shí)，要符合以下原則：(1)按照電路的流程安排各個(gè)功能電路單元的位置，使布局便于信號(hào)流通，并使信號(hào)盡可能保持一致的方向。(2)以每個(gè)功能電路的核心元件為中心，圍繞它來(lái)進(jìn)行布局。元器件應(yīng)均勻、整齊、緊湊地排列在PCB上.盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接。(3)在高頻下工作的電路，要考慮元器件之間的分布參數(shù)。一般電路應(yīng)盡可能使元器件平行排列。這樣，不但美觀.而且裝焊容易.易于批量生產(chǎn)。(4)位于電路板邊緣的元器件，離電路板邊緣一般不小于2mm。電路板的最佳形狀為矩形。

高速數(shù)字PCB板的等線長(zhǎng)是為了使各信號(hào)的延遲差保持在一個(gè)范圍內(nèi),保證系統(tǒng)在同一周期內(nèi)讀取的數(shù)據(jù)的有效性(延遲差超過(guò)一個(gè)時(shí)鐘周期時(shí)會(huì)錯(cuò)讀下一周期的數(shù)據(jù)),一般要求延遲差不超過(guò)1/4時(shí)鐘周期,單位長(zhǎng)度的線延遲差也是固定的,延遲跟線寬,線長(zhǎng),銅厚,板層結(jié)構(gòu)有關(guān),但線過(guò)長(zhǎng)會(huì)增大分布電容和分布電感,使信號(hào)質(zhì)量,所以時(shí)鐘IC引腳一般都接RC端接,但蛇形走線并非起電感的作用,相反的,電感會(huì)使信號(hào)中的上升元中的高次諧波相移,造成信號(hào)質(zhì)量惡化,所以要求蛇形線間距最少是線寬的兩倍,信號(hào)的上升時(shí)間越小就越易受分布電容和分布電感的影響.因?yàn)閼?yīng)用場(chǎng)合不同具不同的作用,如果蛇形走線在電腦板中出現(xiàn)，其主要起到一個(gè)濾波電感的作用，提高電路的抗干擾能力，電腦主機(jī)板中的蛇形走線，主要用在一些時(shí)鐘信號(hào)中，如CIClk,AGPClk，它的作用有兩點(diǎn)：1、阻抗匹配 2、濾波電感。對(duì)一些重要信號(hào)，如INTEL HUB架構(gòu)中的HUBLink,一共13根，跑233MHz，要求必須嚴(yán)格等長(zhǎng)，以消除時(shí)滯造成的隱患，繞線是解決辦法。一般來(lái)講，蛇形走線的線距>=2倍的線寬。PCI板上的蛇行線就是為了適應(yīng)PCI 33MHzClock的線長(zhǎng)要求。若在一般普通PCB板中，是一個(gè)分布參數(shù)的 LC濾波器，還可作為收音機(jī)天線的電感線圈，短而窄的蛇形走線可做保險(xiǎn)絲等等.

這里主要是說(shuō)了從PCB設(shè)計(jì)封裝來(lái)解析選擇元件的技巧。元件的封裝包含很多信息，包含元件的尺寸，特別是引腳的相對(duì)位置關(guān)系，還有元件的焊盤(pán)類型。當(dāng)然我們根據(jù)元件封裝選擇元件時(shí)還有一個(gè)要注意的地方是要考慮元件的外形尺寸。引腳位置關(guān)系：主要是指我們需要將實(shí)際的元件的引腳和PCB元件的封裝的尺寸對(duì)應(yīng)起來(lái)。我們選擇不同的元件，雖然功能相同，但是元件的封裝很可能不一樣。我們需要保證PCB焊盤(pán)尺寸位置正確才能保證元件能正確焊接。焊盤(pán)的選擇：這個(gè)是我們需要考慮的比較多的地方。首先包括焊盤(pán)的類型。其類型包括兩種，一是電鍍通孔，一種是表貼類型。我們需要考慮的因素有器件成本、可用性、器件面積密度和功耗等因數(shù)。從制造角度看，表貼器件通常要比通孔器件便宜，而且一般可用性較高。對(duì)于我們一般設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，我們選擇表貼元件，不僅方便手工焊接，而且有利于查錯(cuò)和調(diào)試過(guò)程中更好的連接焊盤(pán)和信號(hào)。其次我們還應(yīng)該注意焊盤(pán)的位置。因?yàn)椴煌奈恢?，就代表元件?shí)際當(dāng)中不同的位置。我們?nèi)绻缓侠戆才藕副P(pán)的位置，很有可能就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)區(qū)域元件過(guò)密，而另外一個(gè)區(qū)域元件很稀疏的情況，當(dāng)然情況更糟糕的是由于焊盤(pán)位置過(guò)近，導(dǎo)致元件之間空隙過(guò)小而無(wú)法焊接，下面就是我失敗的一個(gè)例子，我在一個(gè)光耦開(kāi)關(guān)旁邊開(kāi)了通孔，但是由于它們的位置過(guò)近，導(dǎo)致光耦開(kāi)關(guān)焊接上去以后，通孔無(wú)法再放置螺絲了。

隨著集成電路輸出開(kāi)關(guān)速度提高以及PCB板密度增加，信號(hào)完整性已經(jīng)成為高速數(shù)字PCB設(shè)計(jì)必須關(guān)心的問(wèn)題之一。元器件和PCB板的參數(shù)、元器件在PCB板上的布局、高速信號(hào)的布線等因素，都會(huì)引起信號(hào)完整性問(wèn)題，導(dǎo)致系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，甚至完全不工作。如何在PCB板的設(shè)計(jì)過(guò)程中充分考慮到信號(hào)完整性的因素，并采取有效的控制措施，已經(jīng)成為當(dāng)今PCB設(shè)計(jì)業(yè)界中的一個(gè)熱門(mén)課題?；谛盘?hào)完整性計(jì)算機(jī)分析的高速數(shù)字PCB板設(shè)計(jì)方法能有效地實(shí)現(xiàn)PCB設(shè)計(jì)的信號(hào)完整性。1. 信號(hào)完整性問(wèn)題概述信號(hào)完整性(SI)是指信號(hào)在電路中以正確的時(shí)序和電壓作出響應(yīng)的能力。如果電路中信號(hào)能夠以要求的時(shí)序、持續(xù)時(shí)間和電壓幅度到達(dá)IC，則該電路具有較好的信號(hào)完整性。反之，當(dāng)信號(hào)不能正常響應(yīng)時(shí)，就出現(xiàn)了信號(hào)完整性問(wèn)題。從廣義上講，信號(hào)完整性問(wèn)題主要表現(xiàn)為5個(gè)方面：延遲、反射、串?dāng)_、同步切換噪聲(SSN)和電磁兼容性(EMI)。延遲是指信號(hào)在PCB板的導(dǎo)線上以有限的速度傳輸，信號(hào)從發(fā)送端發(fā)出到達(dá)接收端，其間存在一個(gè)傳輸延遲。信號(hào)的延遲會(huì)對(duì)系統(tǒng)的時(shí)序產(chǎn)生影響，在高速數(shù)字系統(tǒng)中，傳輸延遲主要取決于導(dǎo)線的長(zhǎng)度和導(dǎo)線周?chē)橘|(zhì)的介電常數(shù)。另外，當(dāng)PCB板上導(dǎo)線(高速數(shù)字系統(tǒng)中稱為傳輸線)的特征阻抗與負(fù)載阻抗不匹配時(shí)，信號(hào)到達(dá)接收端后有一部分能量將沿著傳輸線反射回去，使信號(hào)波形發(fā)生畸變，甚至出現(xiàn)信號(hào)的過(guò)沖和下沖。信號(hào)如果在傳輸線上來(lái)回反射，就會(huì)產(chǎn)生振鈴和環(huán)繞振蕩。