PCB中的传输线理论
信号在pcb里传输的原理
信号在PCB（印刷电路板）里传输的原理主要基于以下方面：
电气连接：PCB上的导线和金属线路用于连接电子元件（如电阻、电容、集成电路等）之间的电气信号。
导线通过印刷、刻蚀或添加导线层的方式实现电路连接。
通过布局和设计导线的路径、宽度和间距等参数，可以满足电路的电气性能要求。
机械支持：PCB提供了电子元件的机械支持和固定。
元件通过焊接、插件或表面贴装等方式固定在PCB上，确保元件之间的相对位置和稳定性。
这有助于防止元件松动、振动和损坏，并提供可靠的机械连接。
信号传输：PCB上的导线和电路路径用于传输电子设备中的信号。
导线的布局和设计考虑了信号完整性、噪声抑制和互连长度等因素，以确保信号的稳定传输和减少干扰。
分层和布局：PCB通常采用多层结构，将电路分为不同的层次。
不同层次上的导线和电路可以实现复杂的连接和布局，以满足电路设计的要求。
分层还可以提供良好的电磁兼容性（EMC）和电磁屏蔽，以减少干扰和交叉干扰。
总的来说，PCB的工作原理是利用其提供的电气连接、机械支持和信号传输功能，实现电子设备中电路设计和实现的关键组成部分。
PCB的原理和设计取决于具体的应用需求和电路设计要求，并受到制造工艺和质量控制的影响。
传输线理论及信号完整性分析
信号完整性分析（Signal Integrity） SI的四种分析、描述手段和途径
传输线理论
多长的走线才是传输线？ 这和信号的传播速度有关，在FR4板材上铜线条中信号速 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，PCB上的走线就应当做传输线来处理。 对于传输时间<信号上升时间的线路，由于对信号的影响 微乎其微，所以在此不做讨论。 假设有一段60英寸长的PCB走线，如图1所示，返回路径是 PCB板内层靠近信号线的地平面，信号线和地平面间在远端开 路。 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，信号在线条上还是走了6英寸。
*这个很容易理解，线之间的间距大，其分布电容电感之间的影响就小，电 磁场耦合也会变小
2.在满足阻抗要求的情况下，应该使传输线和参考平面间的距离越小 越好（减小H）。这样做会让传输线和参考平面更紧密的耦合，减少 临近线的干扰 3.对于关键信号（例如时钟信号）用差分走线，如果系统设计允许的 话
*差分信号的共模抑制好，能有效的抑制临近线的干扰。但是很多时候系统 设计就是单端模式。 *设计中要尽量减小H，但也不是无限制的，还受到制造工艺的限制。
传输线理论与
信号完整性分析
一、传输线理论
§1.什么是传输线
什么是传输线呢？任何2个有长度的导体就是传输线，如下图所示。 对于传输线，要彻底忘记“地”的概念，所谓的地不过是信号的 返回路径。所以传输线就是由信号路径和其返回路径构成的.
信号在传输线上的传播速度到底是多少呢？假定传输线介质的介电常数为4.空 气中信号的速度为 3000, 000km每秒，即30cm/nsec.那么在介质中的速度 就为 :
信号完整性分析（Signal Integrity）
浅论高速PCB设计中传输线问题
１ 概 述
般传输线效应是 指—— 高频电磁波在导 电介质 中传输 （ 比如 工作频率太 高以及布局布线不合理 。 Ｐ Ｃ Ｂ板 内线路 ， 通讯的电缆等 ） 过程 中 ， 发生 的信 号反射 、 干涉 、 振铃 ５避免传输线效应 的方法 效应 、 天线效应 、 衰减 、 叠加等各种信 号畸变的情况 。 在高速电路 中， 以上这些传输线效应会对 电路设计 目的产生严重影 响 ， 所 以在 常有 的方法有 ： ａ ． 严格控制 由于信 号边沿 的谐 波频率较 高 ， 致使 产生传输线效 应 ， 所带来 的效 设计 电路过程 中要有效 的避免这些干扰 。 应如下所示 。反射信 号 Ｒ ｅ ｌ ｆ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｌ ｓ ；延时 和时序错误 Ｄ ｅ ｌ ａ ｙ＆ 关 键网线的走线长度 ； ｂ ． 合理规划走线 的拓 扑结 构 ． ｃ ． 抑止 电磁 干扰 Ｔ ｉ ｍｉ ｎ ｇ ｅ ｒ ｒ ｏ ｒ ｓ ； 多次跨 越逻辑 电平 门限错误 Ｆ ａ ｌ ｓ ｅ Ｓ ｗ ｉ ｔ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ ； 过冲与下 的方法 ； ｄ ． 其它可采 用技术 ， 如 在集成 电路的外 围电路添 加去耦 电 冲Ｏ ｖ ｅ ｒ ｓ ｈ ｏ ｏ ｔ ／ Ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｓ ｈ ｏ ｏ ｔ ； 串扰 Ｉ ｎ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ Ｎ ｏ ｉ ｓ ｅ ｏ ｒ ｃ ｒ ｏ ｓ ｓ ｔ ａ ｌ ｋ ） ； 电磁辐射 容 ， 而且 需要直接连接 在集 成 电路 的电源管脚 ， 这样 可以较少 电源 ＥＭ Ｉ ｒ ａ ｄｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ。 毛刺和 电环环路辐射 ；将一些高速 和高功耗 的元 件尽量 放置在一 ４ ． １反射信号。当信号传送到终端 ， 终 端又不匹配时， 信号就会 起 ， 从而减小电源电压 瞬时过 冲 ； 还可 以在 电路设计过 程中 ， 可 以适 在终端反射 回来 ， 这就是传 输线效应 中的反射信号现象 。如果 在系 当加入一些屏蔽 ， 过滤 ， 避免环路等手段 ， 设计 目标要求允许 的情况 统设计过程 中没有充分考虑到这种情况 ， 而反射信号 又达 到了一定 下尽量 的降低 电路工作频率等方法减小 Ｅ Ｍ Ｉ 。 程度 ， 就 可能造成 信号本身 的逻 辑失真 ， 致使整个系统设计失败 。 参考文献 反射 信号产生的主要原因 ： 过长的走 线 ； 未被 匹配终 结的传输线 ， 过 ［ １ ］郝 志松， 闵洁， 陈晖．高速 数字 电路 的传输线效应分析『 Ｊ ］ ．无 线电
pcb高速信号的传输原理
PCB高速信号的传输原理主要涉及以下几个方面：
1. 信号传输线路设计：高速信号传输需要采用特殊的传输线路设计，如微带线、差分传输线等。
这些线路具有较低的传输损耗和较好的抗干扰能力，能够保证信号的稳定传输。
2. 信号编码方式：高速信号传输通常采用差分编码方式，即将信号分为正负两个相位进行传输。
差分编码可以提高信号的抗干扰能力，减少传输误码率。
3. 信号调制方式：高速信号传输通常采用调幅调制（AM）或调频调制（FM）等方式。
调制可以将信号转换为适合传输的高频信号，提高信号的传输速率和传输距离。
4. 信号接口设计：高速信号传输需要采用合适的信号接口设计，如PCIe、USB、HDMI等。
这些接口具有高速传输能力和较低的传输延迟，能够满足高速信号传输的需求。
5. 信号层次设计：高速信号传输通常采用多层PCB设计，将信号分为不同的层次进行传输。
这样可以减少信号之间的干扰，提高信号的传输质量。
综上所述，PCB高速信号的传输原理主要包括合适的线路设计、差分编码、调制方式选择、信号接口设计和信号层次设计等方面。
这些原理的合理应用可以保证高速信号的稳定传输和高质量的数据传输。
电路中的传输线理论与高频电路设计
电路中的传输线理论与高频电路设计在电路设计和高频通信领域，传输线理论是一个重要的概念。
传输线是用于在电路中传输信号的特殊导线结构，它们能够保持信号的高质量传输，并减少信号在传输过程中的失真和损耗。
本文将介绍传输线理论的基本原理，并探讨其在高频电路设计中的应用。
1. 传输线理论的基本原理传输线理论是基于电磁波传播的原理。
相比于简单的电缆或导线，传输线能够在高频信号传输过程中更好地保持信号的完整性。
其原理主要包括以下几个重要概念：1.1 行波特性传输线中的信号以行波的形式传播，而不是简单的电流或电压信号。
行波特性使得信号能够在传输线上快速传播，并减少由于信号的反射和干扰而引起的失真。
1.2 传输线参数传输线的参数包括特性阻抗、电感、电容和导纳等。
这些参数影响着传输线对信号的传输速度和阻抗匹配等特性。
1.3 反射和干扰传输线上的信号可能会产生反射和干扰，这会引起信号的失真和损耗。
传输线理论通过合理设计传输线的特性阻抗和终端阻抗，减少反射和干扰对信号的影响。
2. 传输线在高频电路设计中的应用传输线理论在高频电路设计中有着广泛的应用。
以下是一些常见的应用场景：2.1 高频信号传输在高频电路中，如射频电路或微波电路中，传输线通常被用于传输高频信号。
由于传输线的特性，它能够有效地传输高频信号，并减少信号在传输过程中的失真和损耗。
2.2 信号匹配与阻抗匹配传输线的特性阻抗对于信号的匹配和阻抗匹配非常重要。
在高频电路设计中，传输线可以用于匹配信号源和负载之间的阻抗，以确保信号的高质量传输。
2.3 信号延迟和相位控制传输线能够在电路中引入延迟和控制信号的相位。
这在一些特定的高频电路设计中具有重要作用，比如时钟分配、数据同步等。
3. 设计优化与验证在高频电路设计中，传输线的设计需要考虑多个因素，如传播延迟、功率损耗、信号完整性等。
通过使用传输线理论，可以对传输线的参数和特性进行优化，并确保电路的性能满足设计要求。
4. 结论传输线理论是理解和设计高频电路中不可或缺的一部分。
PCB设计中的信号完整性分析方法
PCB设计中的信号完整性分析方法PCB设计是现代电子产品开发中不可或缺的一环。
而信号完整性是保证电子产品性能和可靠性的重要因素之一。
本文将介绍PCB设计中常用的信号完整性分析方法。
一、信号完整性的重要性信号完整性是指信号在电路板上的传输过程中，能够保持其原有的波形、速度和幅度，没有失真、噪声或者延迟。
信号完整性的不良会导致各种问题，如时钟偏移、串扰、干扰等，从而影响整个系统的性能和稳定性。
二、信号完整性分析方法1. 布线规则设计在PCB设计过程中，通过合理的布线规则设计可以减少信号的串扰和耦合。
比如，避免信号线之间的交叉、保持适当的距离、分层布线等。
2. 传输线理论传输线理论是用于分析高速信号传输的一种方法。
通过建立传输线模型，可以预测信号在传输过程中的行为。
在信号完整性分析中，可以使用传输线理论对信号的波形、传播时间和幅度进行分析。
3. 电磁仿真电磁仿真是一种基于数值计算的信号完整性分析方法。
通过建立PCB的电磁场模型，可以确定信号在电路板上的传播路径和互连耦合情况。
常用的电磁仿真软件包括HFSS、ADS等。
4. 时域分析时域分析是一种基于时间的信号完整性分析方法。
通过观察信号的波形和过渡边沿，可以判断信号是否出现失真、震荡或者反射等问题。
常用的时域分析工具包括示波器、逻辑分析仪等。
5. 频域分析频域分析是一种基于频率的信号完整性分析方法。
通过对信号的频谱进行分析，可以判断信号是否出现带宽限制、谐振或者频率响应不平坦等问题。
常用的频域分析工具包括频谱分析仪、网络分析仪等。
6. 时序分析时序分析是一种基于时钟的信号完整性分析方法。
通过分析信号在时钟边沿触发的时间关系，可以判断信号的稳定性和时钟偏移情况。
常用的时序分析工具包括时序分析仪、时钟提取软件等。
三、信号完整性验证流程针对PCB设计中的信号完整性问题，通常可以采用以下的验证流程：1. 设计规则检查（DRC）：通过软件工具检查布线是否符合设计规则，是否存在潜在的信号完整性问题。
关于PCB的传输线理论
关于PCB的传输线理论1. 高速信号的基本概念提到“高速信号”，就需要先明确什么是“高速”，MHz速率级别的信号算高速、还是GHz速率级别的信号算高速？传统的SI理论对于“高速信号”有经典的定义。
SI：Signal Integrity ，即信号完整性。
SI理论对于PCB互连线路的信号传输行为理解，信号边沿速率几乎完全决定了信号中的最大频率成分，通常当信号边沿时间小于4~6倍的互连传输延时的情况下，信号互连路径会被当做分布参数模型处理，需要考虑SI行为。
图1 信号边沿时间与电路传输延时所谓“高速”，就是指“信号边沿时间小于4~6倍的互连传输延时”，可以看出电路板传输的信号是否为“高速”，不只取决于信号的边沿速率，还取决于电路板线路的路径长度大小，当两者存在一定的比例关系时，该信号应该按照“高速信号”进行处理。
要更好的理解上面的“高速信号”含义，需要先明白“传输线理论”。
2. 传输线理论2.1 PCB的传输线结构典型PCB中所见到的传输线结构是由嵌入或临近电介质或绝缘材料，并且具有一个或多个参考平面的导线构成。
典型PCB中的金属是铜，而电介质是一种叫FR4的玻璃纤维。
数字设计中最常见的两种传输线类型是微带线和带状线。
微带线通常指PCB外层的走线，并且只有一个参考平面。
微带线有两种类型：埋式或非埋式。
埋式（有时又称作潜入式）微带线就是将一根传输线简单地嵌入电介质中，但其依然只有一个参考平面。
带状线是指介于两个参考平面之间的内层走线。
下图所示为PCB上不同元件之间的内层走线（带状线）和外层走线（微带线）。
标识处的剖面图显示了传输线与地/电源层的相对关系。
图2 典型PCB传输线示意图2.2 信号传播路径当数字信号的边沿速度（上升或下降时间）比在PCB走线上传送的电信号的传播延迟来得小时，信号将受到传输线效应的极大影响。
电信号在传输线的传送方式就如水流过一根长的方形管子一样。
这就是所谓的电波传播。
就如水是以波的形式流过管子，电信号会以波的形式沿传输线传送。
高速线路PCB设计：传输线效应
高速线路PCB设计：传输线效应在高速线路中，由于传输线阻抗变化的问题，会有一部分的信号能量被反射，假设信号是一个跑步的人，人从A端想要跑到B端，在人经过线路每一块的导体时都会改变其电压值，一开始他在阻抗为50Ω的线路上跑，碰到过孔时阻抗的变化会产生让其速度变慢并产生一定的反弹，一直到终端为1MΩ时，此时几乎带着100%的能量被反弹回A端，反弹到A端时，由于A端为25Ω，会有一部分能量被留住，一部分能量被反弹，反弹的能量约为初始值的1/3。
而这1/3的信号再次到达B端后，又会被反射，以此类推。
在示波器上可以看到信号的上升沿和下降沿产生振荡直至能量减弱信号幅度随之减小。
基于上述模型，传输线会对整个电路设计带来一下效应：反射信号、延时和时序错误、多次跨越逻辑电平门限错误、过冲与下冲、串扰、电磁辐射信号轮廓失真信号在接收端将被反射，信号轮廓将失真。
失真变形的信号对噪声的敏感性、EMI若显著增加，这可能会造成整改系统的失效。
反射信号产生的主要原因：过长的布线、未进行阻抗匹配的接收端、未进行阻抗匹配的传输线（由于过量电容、电感的阻抗失配）信号延时信号在逻辑电平的高、低门限之间变化时，信号迟滞不跳变。
过多的信号延时可能导致时序错误和元器件功能混乱，通常在多个接收端时会出现问题。
信号延时产生的主要原因：驱动过载、布线过长信号电平错误信号的振荡发生在逻辑电平门限附近，在跳变的过程中可能多次跨越逻辑电平门限，导致逻辑功能紊乱。
信号过冲与下冲布线太长或信号变化太快都可以导致过冲与下冲发生，虽然大多数芯片器件接收端有输入保护二极管，但有时这些过冲电平会远远超过器件的电压范围，导致器件损坏。
信号串扰在一根信号线上有信号通过时，与之相邻的信号线上会感应出相关信号，异步信号和时钟信号更容易产生串扰。
解决串扰的方法：移开发生串扰的信号或屏蔽被严重干扰的信号。
信号距离地平面越近，或者加大线间距，都可以减少串扰的发生。
电磁辐射电流流过导体会产生磁场。
PCB线路板阻抗计算公式
PCB线路板阻抗计算公式1. 传输线模型：PCB线路板可以近似看作是由两个导体平行排列组成的传输线。
当高频信号传输时，需要考虑传输线的特性阻抗。
常用的传输线模型有微带线（microstrip）和同轴线（coplanar）。
2.微带线模型：微带线是一种将信号层与地层通过电介质层相连的结构。
计算微带线的阻抗需要考虑的参数包括信号层宽度W、信号层与地层之间的介电常数Er、信号层厚度H1以及介电层厚度H2等。
微带线的阻抗计算公式为：Z0 = 87 / sqrt(Er + 1.41) * (W/H1 + 1.38/H2) + 0.8 * W其中Z0为微带线的特性阻抗，单位为欧姆。
3.同轴线模型：同轴线由内导体、绝缘层和外导体组成。
计算同轴线的阻抗需要考虑的参数包括内导体半径R1、绝缘层厚度H2、外导体半径R2以及介电常数Er等。
同轴线的阻抗计算公式为：Z0 = 60 * ln(R2/R1) / sqrt(Er) + 138 / sqrt(Er)其中Z0为同轴线的特性阻抗，单位为欧姆。
4.其他影响因素：在使用上述公式计算阻抗时，还需要考虑以下一些因素。
-线路板堆叠结构：多层线路板的堆叠结构会对阻抗产生影响。
通常情况下，带有地层的堆叠结构会使阻抗变小，而带有电源或信号层的堆叠结构会使阻抗变大。
-信号引线长度：信号引线的长度对阻抗也会有一定影响。
根据传输线理论，当信号引线长度小于1/10波长时，可以忽略这种影响。
-裸板材料：PCB线路板的裸板材料及其特性参数（如介电常数）也会对阻抗产生影响。
在选择裸板材料时需要根据设计需求和成本考虑。
总之，PCB线路板的阻抗计算需要综合考虑以上因素，利用适当的公式和参数进行计算。
对于复杂的线路板设计，可以借助专业的PCB设计软件来计算和优化阻抗。
PCB传输线简介
PCB传输线简介：随着 PCB 信号切换速度不断增长，当今的 PCB 设计厂商需要理解和控制PCB 迹线的阻抗。
相应于现代数字电路较短的信号传输时间和较高的时钟速率，PCB 迹线不再是简单的连接，而是传输线。
在实际情况中，需要在数字边际速度高于1ns 或模拟频率超过300Mhz时控制迹线阻抗。
PCB 迹线的关键参数之一是其特性阻抗（即波沿信号传输线路传送时电压与电流的比值）。
印制电路板上导线的特性阻抗是电路板设计的一个重要指标，特别是在高频电路的PCB设计中，必须考虑导线的特性阻抗和器件或信号所要求的特性阻抗是否一致，是否匹配。
这就涉及到两个概念：阻抗控制与阻抗匹配，本文重点讨论阻抗控制和叠层设计的问题。
阻抗控制阻抗控制(eImpedance Controling)，线路板中的导体中会有各种信号的传递，为提高其传输速率而必须提高其频率，线路本身若因蚀刻，叠层厚度，导线宽度等不同因素，将会造成阻抗值得变化，使其信号失真。
故在高速线路板上的导体，其阻抗值应控制在某一范围之内，称为“阻抗控制”。
PCB 迹线的阻抗将由其感应和电容性电感、电阻和电导系数确定。
影响PCB走线的阻抗的因素主要有: 铜线的宽度、铜线的厚度、介质的介电常数、介质的厚度、焊盘的厚度、地线的路径、走线周边的走线等。
PCB 阻抗的范围是 25 至120 欧姆。
在实际情况下，PCB 传输线路通常由一个导线迹线、一个或多个参考层和绝缘材质组成。
迹线和板层构成了控制阻抗。
PCB 将常常采用多层结构，并且控制阻抗也可以采用各种方式来构建。
但是，无论使用什么方式，阻抗值都将由其物理结构和绝缘材料的电子特性决定：●信号迹线的宽度和厚度●迹线两侧的内核或预填材质的高度●迹线和板层的配置●内核和预填材质的绝缘常数PCB传输线主要有两种形式：微带线（Microstrip）与带状线（Stripline）。
微带线（Microstrip）：微带线是一根带状导线，指只有一边存在参考平面的传输线，顶部和侧边都曝置于空气中（也可上敷涂覆层），位于绝缘常数 Er 线路板的表面之上，以电源或接地层为参考。
PCB中布线的传播延时公式
PCB中布线的传播延时公式PCB（Printed Circuit Board）布线的传播延时是指信号在PCB中传输过程中所需要的时间，通常用来评估信号传输的速度和稳定性。
传播延时公式可以通过电磁波在传输媒介中传播的速度、介质的特性以及布线的几何结构等因素来计算。
下面将介绍常用的几种传播延时公式。
1.基本公式：传播延时（τ）=路径长度（L）/传播速度（v）其中，路径长度是信号从发送端到接收端所需经过的PCB导线长度，传播速度是信号在PCB导线中传播的速度。
2.传输线公式：对于长导线的传输，需要考虑信号在导线中有反射和终止的现象。
在这种情况下，可以使用传输线的传播延时公式来计算。
传输线的传播延时（τ）= (L / v) * sqrt(εr)其中，L是导线的长度，v是信号在导线中的传播速度，εr是导线材料的相对介电常数。
3.微带线公式：微带线是常用的PCB布线结构，它包括有介质层和金属导线。
在微带线布线中，可以使用以下公式来计算传播延时：传播延时（τ）= L * sqrt(εeff) / c其中，L是微带线的长度，εeff是等效介电常数，c是光速。
4.矩形波导公式：对于更复杂的布线结构，如矩形波导，可以使用以下公式来计算传播延时：传播延时（τ）= L * sqrt(εr) / c其中，L是矩形波导的长度，εr是波导材料的相对介电常数，c是光速。
5.电缆传播延时公式：对于通过电缆进行信号传输的情况，可以使用电缆传播延时公式来计算：传播延时（τ）=L/v其中，L是电缆的长度，v是信号在电缆中的传播速度。
需要注意的是，以上公式只是一些常用的传播延时公式，实际的计算可能还需要考虑更多的因素，如传输线的损耗、交叉耦合等。
此外，布线的复杂性和实际情况也会影响传播延时的计算结果。
因此，在实际应用中，还需要根据具体情况进行综合考虑和调整。
高速PCB设计的传输线及其特性阻抗
高速PCB设计的传输线及其特性阻抗一. 什么是传输线我们经常会用到传输线这一术语，可是讲到其具体定义时，很多工程师都是欲言又止，似懂非懂……我们知道，传输线用于将信号从一端传输到另一端，下图说明了所有传输线的一般特征所以，可以这样理解：传输线由两条一定长度导线组成，一条是信号传播路径，另一条是信号返回路径。
1. 分析传输线，一定要联系返回路径，单根的导体并不能成为传输线2.和电阻，电容，电感一样，传输线也是一种理想的电路元件，但是其特性却大不相同，用于仿真效果较好，但电路概念却比较复杂3.传输线有两个非常重要的特征：特性阻抗和时延二. 传输线分类经常用到的双绞线，同轴电缆都是传输线对于PCB来说，常有微带线和带状线两种微带线通常指PCB外层的走线，并且只有一个参考平面带状线是指介于两个参考平面之间的内层走线下图为微带线和带状线示意图及其阻抗计算公式，可以从这个公式中看出，阻抗和那些因素有关，但是实际工程应用中，都是用一些专业软件进行阻抗计算，比如Polar三. 传输线阻抗先来澄清几个概念，经常会看到阻抗，特性阻抗，瞬时阻抗，严格来讲，他们是有区别的，但是万变不离其宗，它们仍然是阻抗的基本定义.将传输线始端的输入阻抗简称为阻抗将信号随时遇到的及时阻抗称为瞬时阻抗如果传输线具有恒定不变的瞬时阻抗，就称之为传输线的特性阻抗特性阻抗描述了信号沿传输线传播时所受到的瞬态阻抗，这是影响传输线电路中信号完整性的一个主要因素如果没有特殊说明，一般用特性阻抗来统称传输线阻抗简单的来说，传输线阻抗可以用上面的公式来说明，但如果往深里说，我们就要分析信号在传输线中的行为，Eric Bogatin 博士在他的著作《Signal Integrity :Simplified》里面有很详细的说明，读者可以找原著来进行细究，这里只做一个简述：*以下分析收自与网络资料网际星空网站oldfriend 老师的作品*当讯号沿着一条具有同样横截面的传输线移动时，假定把1V的阶梯波(step function)加到这条传输线中(如把1V的电池连接到传输线的发送端，电压跨在发送线和回路之间)，一旦连接，这个电压阶梯波沿着该线以光速传播，它的速度通常约为6英寸/ns。
pcb电路si设计
pcb电路si设计PCB（Printed Circuit Board）电路SI（Signal Integrity）设计是指在设计PCB电路时考虑信号完整性的一项技术。
它是为了确保在高速传输环境中，信号能够准确地传递和接收，而不受噪声、时钟偏差和信号失真等问题的影响。
本文将介绍PCB电路SI设计的基本原理、流程以及一些常见的SI设计技术。
一、PCB电路SI设计的基本原理PCB电路SI设计是建立在信号传输中的电磁学基础上的。
在高速传输中，信号从发送器到接收器会经过传输线、连接器、晶体管等多个元件，并受到布线、环境噪声和器件的影响。
因此，通过精确计算和仿真，可以预测和优化信号在PCB电路中的传输质量。
1. 传输线理论传输线是指连接电子元件和器件的电气线路，一般由导线、地线和绝缘材料等构成。
在高速传输中，传输线上的信号会受到衰减、反射、串扰等影响，传输线理论可以协助设计师通过计算和仿真，优化线路参数，减小信号失真。
2. 电磁兼容性电磁兼容性是指在电子系统中，各个设备和电路之间能够和谐共存，相互之间不产生干扰。
PCB电路SI设计需要考虑信号线和功率线的布局，减小信号线和电源线之间的串扰，提高系统的电磁兼容性。
二、PCB电路SI设计的流程PCB电路SI设计的流程一般分为规划设计、信号仿真、布局布线和信号完整性验证等阶段。
下面将对每个阶段进行详细介绍。
1. 规划设计阶段规划设计阶段是PCB电路SI设计的起始阶段，也是最重要的阶段之一。
在这个阶段，设计师需要明确系统的功能和性能要求，制定出合理的设计目标和设计限制。
同时，要评估系统中的关键信号、高速器件和敏感信号，确定需要进行SI设计的部分。
2. 信号仿真阶段信号仿真是为了预测和分析信号在PCB电路中的传输性能。
在这个阶段，设计师需要利用专业的仿真工具对电路进行仿真和优化。
通过仿真，可以观察信号的波形和时域性能，检测潜在的信号失真问题，并进行相应的修改和优化。
3. 布局布线阶段布局布线是指在PCB板上进行电路部件的布置和互联设计。
高速电路板设计之传输线理论及实践讲解
6/4/2019
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Ｔｈａｎｋ ｙｏｕ!
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Unrestricted Internal Use
过冲的幅度跟信号线的长度成比例地变化，直到传输延迟时间等于 跳变时间时，过冲的幅度会和源信号的跳变幅度一样大．
Unrestricted Internal Use
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一般认为，当跳变时间小于传输延迟时间的４倍时，信号线将当成 传输线．而保守一点，则认为当跳变时间小于８倍的传输延迟时间时， 信号线将当作传输线．由此，可以判断上面所讨论的微波线在多大长度 时将被视为传输线．
如果跳变时间远大于传输延迟时间，信号反射回信号源时，信号源 的输出只改变一点点，所以反射对信号只引起小小的扰动，在负载端表 现为小小的过冲．
如果传输延迟时间足够大，以至当反射信号返回信号源时，信号源 的输出已经改变了许多，这样信号源就得作出较大的变化去补偿输出， 而负载端又反射信号新一轮的变化，这样就产生了所谓的振铃．
上图为一并联端接模式，由于输入阻抗往往都很高，所以通常并 联阻值就等于源端输出阻抗．这种接法有个缺点，就是当高电平输出 时电流消耗太大．因为并联阻值一般就是５０－－１５０欧姆．
Unrestricted Internal Use
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上图是戴维宁并联端接，这种方法可以大大减小对输出电流的需 求．两个电阻的并联阻值等于输出阻抗．它的缺点就是增加了直流电 源的功耗．
PCB传输线电磁波传播分析(反射入射以及TDR)
Pegasus 原创文档PCB 传输线电磁波传播分析（反射入射以及 TDR）Pegasus Yu 本文的目的是分析电磁波在 PCB 传输线上时候的电压， 电流关系， 以及 TDR 原理的分析。
以如下的图例来进行说明。
传输线用同轴线代替 （便于画图） 原理是一样的。
， 理想情况都是电磁场方向与传播方向垂直的 TEM 波。
图 1 电原理图 上图中 vp1,vp2,vp3 是电压探点。
Source1 是理想电压源。
50 欧姆电阻表征电 源内阻，与传输线特征阻抗相等。
㈠ 瞬间电磁波的传播 首先假设电压源输出一个瞬间电平为 12V 的电压， 电磁波会从电源传到终端 电阻。
当电磁波从电源出来到达传输线时，根据传输线理论，vp2 对应的位置有 6V 的电压。
即vp 2 = vp1Z0 Rs + Z 0Z 0 是传输线特征阻抗，关于特征阻抗的定义以及计算，请参考相关书籍。
Rs 代表 50 欧姆电源内阻。
电磁波刚到传输线时，会试图在传播到的位置建立 6V 的电压，因此会从电 源拉出电流，在该位置上放置电荷，使得该位置与参考平面间的电压为 6V。
从 而在传输线与参考平面间建立电容效应，同时因为有电流出现，会产生磁场，也 就建立了电感效应。
这个时候，从电源拉出的电流等于 6V 的电压除以特征阻抗。
6V 即 I= = 0.12 A 50Ohm 当电磁波继续向前传播，波前在新的位置建立 6V 电压和产生 0.12A 电流， 新的位置的电流来自先前的位置的电荷。
而后面没有跟上的电磁波时，先前位置 的电压和电流都变为 0。
当有跟上来的电磁波时，先前位置也会建立 6V 电压和 产生 0.12A 电流，因此，如果是持续不断的电磁波传播，那么会在传输线上一直2007-10-24Pegasus 原创文档有电流流动。
我们假设的瞬间电磁波在传输线上传播时，只有波前位置有电流和电压。
也 就是设电磁波的传播速度为 v,传输线上某个位置 a 到靠电源那边的边界距离为 d，电磁波传到传输线该边界的时间点为 0s，那么经过时间 t=d/v 后，a 点和 a 点前面那些位置的电压和电流就为 0。
电磁兼容和PCB设计 第4章 信号完整性分析
2020/6/30
有损耗均匀传输线等效电路
PCB
20பைடு நூலகம்0/6/30
均匀无耗传输线电路模型
无损耗传输线的特性阻抗:
Z0V I((x x))
Z Y
G R 0 0 jj C L0 0
l (tr 2)Vp (单程传)输 l:传输线长度 tr :信号的边沿转换速率 Vp :信号的传播速度为 （光 通速 常 6的 0%）
当 tr为 1 n sl (tr2 ) V p 9 c或 m 3 .5 in
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4.3 相对介电常数与传播速度
2020/6/30
1. 介电常数
在电磁场与波中的，我们学过介质或材料的三个重要参数：
通常可分为三类： • TEM 波传输线：如双波导，同轴线，微带线 • 波导传输线： 如矩形波导，圆形波导 • 表面波传输线：如介质波导 （常见的光纤）
PCB 中的传输线包括微带线和带状线。 微带线又包括单线微带线，嵌入式微带线； 带状线包括单带状线和双带状线。
2020/6/30
2. PCB 内传输线的等效电路
Vr
V0
(
Z Z
L L
Z0 ) Z0
Kr
ZL ZL
Z0 Z0
Vr V0
Vr 为反射电压；V0 为源电压； ZL 为负载阻抗；Z0 为特性阻抗
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•
当负载开路：
KR
Z0 Z0
1
•
当负载短路:
KR
0Z0 0Z0
1
•
PCB中的传输线理论
PCB中的传输线理论PCB板上的信号传输速率越来越高，PCB走线已经表现出传输线的性质.在集总电路中视为短路线的连线上，在同一时刻的不同位置的电流电压已经不同，所以集总参数在这时已经不起作用了，必须采用分布参数传输线理论来处理(注：如果线长度大于信号传输有效长度的1/6(1/4)，那么我们就看做是一个分布式系统）。
传输线的模型可以用图1表示：单根传输线模型如果是理想的无损传输线，这没有G 和 R。
当然这也在现实中不存在的理想状况。
所以，我们以下的考虑都是有损传输线。
对于图传输线的性质可以用电报方程来表达,电报方程如下：dU/dz = ( R + jwL) IdI/dz = ( G +jwC) U电报方程的解为：通解中的由于R, G 远小于 jwL、jwC，所以通常所说的阻抗是指：从通解中可以看到传输线上的任意一点的电压和电流都是入射波和反射波的叠加，传输因此传输线上任意一点的输入阻抗值都是时间、位置、终端匹配的函数，再使用输入阻抗来研究传输线已经失去意义了，所以引入了特征阻抗、行波系数、反射系数的概念描述传输线。
特征阻抗的物理意义就是：入射波的电压和入射波的电流的比值，或反射波的电压和反射波电流的比值。
电磁波在介质的中的传输速度只与介质的介电常数或等效介电常数有关。
根据经验：FR4内层带状线的传输速度为180ps/inch，表层微带线的传输速度为140~180ps/inch。
PCB常见的传输线主要有以下几种：1.1.1 微带线（Microstrip)式中:w－－导线宽度 t －－导线厚度 h－－介质厚度适用范围：w/h 的比值在0.1~1.0之间；相对介电常数在1~15之间；地线宽度大于信号线宽度7倍以上。
1.1.2 嵌入式微带线（Embedded Microstrip)式中：w－－导线宽度 t－－导线厚度 h－－介质厚度适用范围：w/h 的比值在0.1~1.0之间；相对介电常数在1~15之间；地线宽度大于信号线宽度7倍以上。
高速电路PCB的网络、传输线、信号路径和走线
高速电路PCB的网络、传输线、信号路径和走线2012-02-03 15:13高速电路PCB的网络、传输线、信号路径和走线严格地讲，网络是一个限于低速、集总参数电路的概念。
不管元件Pl的引脚A到元件R1、P2、P3的B、C、D引脚互连用哪种物理连接（微带线、带状线、同轴电缆还是跳线），也不管中间是否经历过孔或是线宽变化，引脚B、C、D上都能实时和不失真地反映引脚A的波形变化。
当然，这是一种理想状况，然而对于低速信号是合理的，因此，A、B、C、D之间的任何连接为一个网络（节点），黑线为网络Netl。
但是，对于高速信号，如第3章所讲的就完全不是这样了，一个信号从引脚A输出，到达D可能完全失真，而且也完全不考虑信号电流是如何返回的，所以需引入传输线的概念。
传输线的原理在第3章已有详细介绍，在此仅澄清概念上的混淆。
传输线用于信号从一个地方传输到另一个地方，它包括两条路径：信号路径和返回路径，信号路径只是构成信号传输系统的一部分。
那么信号从一点到另一点，比如说从A到D不再是实时无失真的了，它们之间的任何金属互连线已经不能简单地抽象为一个网络节点，而必须用具有一定电特性的特性阻抗和时延的元件去描述，而且，还要为这条任何金属互连线上的电流找一个返回路径，两者之间还要形成电场，虚线箭头。
这就是传输线和网络的区别，在高速电路中，几乎会遗忘网络中的一个概念：传输线。
微带线、带状线都只是传输线的一种形式。
而走线则是这些传输线的信号路径在PCB上的物理实现，比如，PCB表层的走线就是微带线的一部分，而层间走线则是带状线的一部分，要实现信号传输，就要为它寻找一个返回路径，在PCB上的返回路径就是参考平面或信号路径周围的其他导体，甚至自由空间。
第1章_传输线理论 (1)
（1.24）
图1.8 传输线上的入射电压、反射电压和反射系数
V2 I 2 Z 0 j L L L e （1.27） V2 I 2 Z 0
为终端反射系数。
z L e
D D d 平行双导线的分布电感L：L ln d
2
2
平行双导线的分布电容C： C 平行双导线的特性阻抗Z0:
D D d ln d
2பைடு நூலகம்
2
2 D 2D D Z 0 120 ln 1 120 ln d d d
平行双导线的特性阻抗值一般为250~700Ω
分布电感L——传输线单位长度上的 总电感值，单位为H/m。 分布电容C——传输线单位长度上的 总电容值，单位为F/m。
1.2.3 传输线的等效电路
有了分布参数的概念，就可以将均匀传输线 分割成许多微分段dz（dz<<λ），这样每个微分 段可看作集总参数电路，参数分别为Rdz、Gdz、 Ldz、Cdz，并用一个Γ形网络来等效。
1.3.4 传输线的二种边界条件
图 1.7 传输线的边界条件
传输线的边界条件通常有二种，一种是已 知传输线终端电压V2和终端电流I2；另一种是； 已知传输线始端电压V1和始端电流I1。
1. 已知传输线始端电压V1和始端电流I1
V1 I 1 Z 0 jz V1 I 1 Z 0 jz V z e e 2 2 V1 I 1 Z 0 jz V1 I 1 Z 0 jz I z e e （1.20） 2Z 0 2Z 0
传输线的特性阻抗：传输线上入射电压 A1e jz 与入 1 A1e jz 之比 射电流 Z
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PCB中的传输线理论PCB板上的信号传输速率越来越高，PCB走线已经表现出传输线的性质.在集总电路中视为短路线的连线上，在同一时刻的不同位置的电流电压已经不同，所以集总参数在这时已经不起作用了，必须采用分布参数传输线理论来处理(注：如果线长度大于信号传输有效长度的1/6(1/4)，那么我们就看做是一个分布式系统）。
传输线的模型可以用图1表示：单根传输线模型如果是理想的无损传输线，这没有G 和 R。
当然这也在现实中不存在的理想状况。
所以，我们以下的考虑都是有损传输线。
对于图传输线的性质可以用电报方程来表达,电报方程如下：dU/dz = ( R + jwL) IdI/dz = ( G +jwC) U电报方程的解为：通解中的由于R, G 远小于 jwL、jwC，所以通常所说的阻抗是指：从通解中可以看到传输线上的任意一点的电压和电流都是入射波和反射波的叠加，传输因此传输线上任意一点的输入阻抗值都是时间、位置、终端匹配的函数，再使用输入阻抗来研究传输线已经失去意义了，所以引入了特征阻抗、行波系数、反射系数的概念描述传输线。
特征阻抗的物理意义就是：入射波的电压和入射波的电流的比值，或反射波的电压和反射波电流的比值。
电磁波在介质的中的传输速度只与介质的介电常数或等效介电常数有关。
根据经验：FR4内层带状线的传输速度为180ps/inch，表层微带线的传输速度为140~180ps/inch。
PCB常见的传输线主要有以下几种：1.1.1 微带线（Microstrip)式中:w－－导线宽度 t －－导线厚度 h－－介质厚度适用范围：w/h 的比值在0.1~1.0之间；相对介电常数在1~15之间；地线宽度大于信号线宽度7倍以上。
1.1.2 嵌入式微带线（Embedded Microstrip)式中：w－－导线宽度 t－－导线厚度 h－－介质厚度适用范围：w/h 的比值在0.1~1.0之间；相对介电常数在1~15之间；地线宽度大于信号线宽度7倍以上。
1.1.3 差分线(Differential Pair)式中：w－－导线宽度 t－－导线厚度 h－－介质厚度 s－－导线边缘间距适用范围：w/h 的比值在0.1~1.0之间；相对介电常数在1~15之间；地线宽度大于信号线宽度7倍以上；s小于100mil。
1.1.4 标准带状线(Stripline)式中：w－－导线宽度 t－－导线厚度 h－－介质厚度适用范围：w/h <0.35；相对介电常数在1~15之间；地线宽度大于信号线宽度倍以上。
1.1.5 带状差分线(Edeg-coupled Symmetrical Stripline)式中：w－－导线宽度 t－－导线厚度 h－－介质厚度 s－－导线边缘间距适用范围：w/h <0.35；相对介电常数在1~15之间；地线宽度大于信号线宽度7倍以上；s小于100mil。
1.1.6 不对称差分线(Asymmetric Stripline)式中：w－－导线宽度 t－－导线厚度 h、h1－－导线两边到地平面的厚度适用范围：相对介电常数在1~15之间地线宽度大于信号线宽度7倍以上需要注意的是，以上这些公式只是可以用来近似估算传输线的阻抗，而且当特征阻抗在50欧姆左右时吻合较好（总误差小于5％），但当阻抗值偏离50欧姆较远时，误差就比较大，因此经验公式只能作为一种粗略的估算手段，如果需要精确计算阻抗，可以借助相关的EDA软件。
现在的CITS27等阻抗计算工具可以方便的计算出你要求的阻抗。
阻抗控制阻抗合理的控制是高速设计中的基本条件。
阻抗匹配不但可以消除信号的反射，还可以降低串扰、EMI问题的发生。
而阻抗匹配的前提是良好的阻抗控制。
走线类型、介质厚度、线宽、线间距、介质材料等都对阻抗有贡献，需要综合考虑这些影响。
要做好阻抗控制首先要了解PCB厂家的板材情况，然后根据PCB的层压结构确定线宽、介质厚度等。
可以在设计之前和PCB加工厂家进行沟通。
我们提出要求，让厂家根据他们的加工条件给出阻抗控制方案。
PCB和电子产品设计在电子设计中，PCB是我们设计内容的物理载体，所有我们设计意图的最终实现就是通过PCB板来表现的。
这样PCB设计在任何项目中是不可缺少的一个环节。
但在以前的设计中，由于频率很低，密度很小，器件的管教间的间距很大，PCB设计的工作是以连通为目的的，没有任何其他功能和性能的挑战。
所以在很长的一段时间里，PCB 设计在整个项目中的地位是很低的。
通常是由硬件逻辑连接设计人员来进行PCB的物理连接的。
目前在有的一些小产品上还是这样的开发模式。
随着电子、通信技术的飞速发展，今天的PCB设计面临的已经是与以往截然不同的、全新的挑战。
主要表现在以下几个方面：1、信号边缘速率越来越快，片内和片外时钟速率越来越高，现在的时钟频率不再是过去的几兆了，上百兆上千兆的时钟在单板上越来越普遍。
由于芯片工艺的飞速发展，信号的边沿速率也是越来越快，目前信号的上升沿都在1ns左右。
这样就会导致系统和板级SI、EMC 问题更加突出；2、电路的集成规模越来越大，I/O数越来越多，使得单板互连密度不断加大；由于功能的越来越强大，电路的集成度越来越高。
芯片的加工工艺水平也越来越高。
过去的DIP封装在现在的单板上几乎销声匿迹了，小间距的BGA、QFP成为芯片的主流封装。
这样使得PCB设计的密度也就随之加大。
3、产品研发以及推向市场的时间不断减少，使得我们必须面临一次性设计成功的严峻挑战；时间就是成本，时间就是金钱。
在电子产品这样更新换代特别快的领域，产品面世早一天，他的利润机会窗就会大很多。
4、由于PCB是产品实现的物理载体。
在高速电路中，PCB质量的好坏之间关系到产品的功能和性能。
同样的器件和连接，不同的PCB载体,他们的结果是不同的。
所以，现在设计的流程已经在慢慢的转变了。
以前设计中逻辑功能的设计往往占了硬件开发设计的80％以上，但现在这个比例一直在下降，在目前硬件设计中逻辑功能设计方面的只占到50％，有关PCB设计部分则也占据了50％的时间。
专家预计在将来的设计中，硬件的逻辑功能开销要越来越小，而开发设计规则等高速PCB设计方面的开销将达到80%甚至更高。
所有的这些只是说明，PCB设计将是现在和未来设计中的重点，也是难点。
通常，我们的PCB设计中主要关注以下几点：1、功能的实现2、性能的稳定3、加工的简易4、单板的美观功能的实现是我们PCB的第一步。
在过去的设计中由于信号边沿的速率和时钟频率比较低，只要逻辑的连接没有错误，物理连接的好坏不会影响到使用的性能。
但这样的观点在现在的设计中是不使用的。
有一个例子可以很好的表明这一点：美国一家著名的影象探测系统制造商的电路板设计师们最近碰到一件奇特的事：一个7年前就已经成功设计、制造并且上市的产品，一直以来都能够非常稳定可靠地工作，而最近从生产线上下线的产品却出现了问题，产品不能正常运行。
所以，逻辑的真确连接也不能使功能真确实现。
物理连接的好坏也是功能实现的主要条件。
性能的保证就靠PCB的设计了，这个观点大家都有体会。
同样的逻辑连接，同样的器件，不同的PCB他们的性能测试结果就不同。
好的设计不光产品稳定性高，而且可以通过各种要求苛刻的测试。
但不理想的设计就不可能达到这样的效果。
在一些低端产品中，很多厂家使用的芯片组是相同的，逻辑连接也是相似的。
唯一的不同就是各自的PCB设计水平的高低，产品的差异性主要就是体现在PCB的设计上了。
加工的简易程度也是PCB设计好坏的一个重要指标。
好的PCB设计是方便加工，维护，测试、制造的。
PCB的好坏不仅和PCB加工厂家，SMT厂家的生产效率有关，还和我们测试、调试方便息息相关。
美观大方也是PCB设计的一个要素。
整体的美观和大气，使人看到就觉得舒服。
PCB也是一件工艺品。
好的PCB会让人驻足留恋的。
PCB设计是一门综合性的学科，是质量、成本、时间等多方面相互协调的产物。
在PCB 设计中没有最好，只有更好。
总之，高速PCB的设计是今天系统设计领域面临的严肃挑战，无论是设计方法、设计工具、还是设计队伍的构成以及工程师的设计思路，都需要积极认真地去应对。
LVDS信号的PCB设计1、LVDS信号的工作原理和特点对于高速电路，尤其是高速数据总线，常用的器件一般有：ECL、BTL、GTL和GTL＋等。
这些器件的工艺成熟，应用也较为广泛，但都存在一个共同的弱点，即功耗大。
新兴的CMOS工艺的低电压差分信号器件（即Low Voltage Differencial Signal 简称LVDS ）给了我们另一种选择。
可以说LVDS器件为高速低功耗电路设计提供了新的选择，得到广大硬件工程师的钟爱。
LVDS器件的工作原理如下：其中发送端是一个为3.5mA的电流源，产生的3.5mA的电流通过差分线的其中一路到接收端。
由于接收端对于直流表现为高阻，电流通过接收端的100欧姆的匹配电阻产生350mA 的电压，同时电流经过差分线的另一条流回发送端。
当发送端进行状态变化时它通过改变流经100欧姆电阻的电流的方向产生有效的'0'和'1'态。
LVDS的特点是电流驱动模式，低电压摆幅350mV可以提供更高的信号传输率，使用差分传输的方式可以使信号的噪声和EMI都减少：LVDS有以下主要特点：A、低的输出电压摆幅(350mV)B、低的信号边缘变化率, dV/dt 0.350V/0.5ns = 0.7V/nsC、差分特征是磁干扰相互抵销，消除共模噪声，减少EMI。
2、LVDS信号在PCB上的要求1)只要有LVDS信号的板最少都要有四层。
LVDS信号布在与地平面相邻的布线层。
例如，对于四层板而言，通常可以按以下进行层排布；LVDS信号层、地层、电源层、其他信号层。
2)对于LVDS信号，必须进行阻抗控制（通常将差分阻抗控制在100欧姆）。
对于不能控制阻抗的PCB布线必须小于500MIL。
这样的情况主要表现在连接器上，所以在布局时要注意将LVDS器件放在靠近连接器处，让信号从器件出来后就经过连接器到达另一单板。
同样，让接收端也靠近连接器，这样就可以保证板上的噪声不会或很少耦合到差分线上。
3)对LVDS信号和其它信号比如TTL信号，最好使用不同的走线层，如果因为设计限制必须使用同一层走线，LVDS和TTL的距离应该足够远，至少应该大于3~5倍差分线间距。
4)对收发器的电源和地进行滤波处理，滤波电容的位置应该尽量靠近电源和地管脚，滤波电容的值可以参照器件手册。
5)对电源和地管脚与参考平面的连接应该使用短和粗的连线连接。
同时使用多点连接。
6)保证信号的回流路径最短，同时没有相互间的干扰。
7)对走线方式的选择没有限制，微带线和带状线均可，但是必须注意有良好的参考平面。