高速电路PCB设计实践

反射
源端阻抗
ZS
Z0
传输线阻抗
ZL
负载阻抗
负载端反射系数：
R2
Z L Z L
Z 0 Z 0
源端反射系数：
R1
Z s Z s
Z 0 Z 0
有正负
反射
A( )
Zs
二次反射
H x ( )
T ( )
一次
Z0
信号
R 2 ( ) H x ( )
一次反射
A( ) H x ( )T ( )
微带线
w
信号线(微带传输线)
t
0
信号层
h
电介质 r
平面层
Z
0
r
87 1.41
ln
5.98 h 0.8w
t
t pd 85 0.475 r 0.67 ps in.
r4.3,h5.1m,w i l6m,til2.1m(1 i.5o l z)Cu
Z05 4
微带线
带状线
1 = 12 1 = 2.54 1 = 1000 1英寸 = 1000密耳 1 = 1.44 1盎司=1.44密耳
２．消除二次反射: R10
３．短线:
LEN 1 Tr 6 t pd
ZL Z0
ZS Z0
反射—串行端接
R s
Z 0
串行端接匹配的信号源的阻抗， 所插入的串行电阻阻值加上驱动 源的输出阻抗应该大于等于传输 线阻抗（轻微过阻尼），
即RS>=Z0-R0
反射—并行端接
分压器型端接，利用上下拉
电阻构成端接来吸收反射。
高速数字电路简介
频率 . 信号沿 即信号的时钟频率 . 信号的有效频率
0.5 Fknee Tr
信号的上升时间
高速数字信号由信号的边沿速度决定，一般认为上升时间小于
4倍信号传输延迟时，可视为高速信号。平常讲的高频信号是针对
信号时钟频率而言的。设计开发高速电路应具备信号分析、传输线、
模拟电路的知识
Tr
微带线
传导层 介质 接地层
双绞线
电话线、网线
介质 第一导体
介质 第二导体
中的传输线
带状线
接地层 介质 传导层 接地层
PCB简介
板中的传输线分析
绝缘介质 r
顶层（第一层），信号层，微带传输线 第二层，平面层 第三层，信号层，带状传输线
第四层，信号层，带状传输线 第五层，平面层 底层（第六层），信号层，微带传输线
一般的4材料的板中内层信号的传输速度为180 。表层一般要视 情况而定，一般介于140与170之间 。
微带线
1 = 12 1 = 2.54 1 = 1000 1英寸 = 1000密耳 1 = 1.44 1盎司=1.44密耳
原： 1 = 31.1g 克 在板上，一平方英寸 的铜箔，厚度为1.44 时，质量为1。
带状线
w 信号线(带状传输线)
平面层
h 电介质 r
t
信号层
平面层
Z
0
60 r
ln
0
1.9h .8w
t
t pd 85 r ps in.
r4.3,h1.5 4 m,w i l6m,til1.4m 4(1 o ilz)C
Z04 3
带状线
PCB简介
反射
传输线上只要出现阻抗不连续点就会出现信号的反射现象，如： 信号线的源端和负载端、过孔、走线分支点、走线的拐点等位置都 存在阻抗变化，会发生信号的反射。
-
0 in.
分布参数线上 每一点电压不同
10 in.
0ns 1ns 2ns 3ns 4ns
+ V(t)
1-in. trace
-
集总参数线上 所有点电压相同
V(t)
t10-90 = 1ns
0ns 1 2 3 4 Time
LEN 1 tr 6 Td
电视天线
四种常见传输线
同轴电缆
外层介质 外层屏蔽 内层介质 内层导体
高速电路设计实践
• 学习高速电路设计的必要性 • 高速电路设计理论基础 • 简介 • 软件简介 • 设计流程
课程时间：（周一至周五） 8：00 ～ 11：00；14：00 ～ 17：00
高速数字电路设计理论基础
• 高速与低速的区别？ • 什么是高速电路？ • 高速电路与高频电路的区别？ • 传输线理论
高速数字电路简介
假设一种脉冲信号的上 升沿大约是1.0（有效频率 0.5），它在4的印刷电路 板中沿内层走线传输有5.6. 长，这由以下公式可算得：
上升
l tr
时间
Td
取180 得 5.6
上升沿 长度
单位 时延
0ns 1ns 2ns 3ns 4ns
l = 5.6in.
+
10-in. trace
V(t)
通常所说的反射包括负载端反射和源端反射。负载端与传输线 阻抗不匹配时会引起负载端反射，负载将一部分电压反射回源端。 源端与传输线阻抗不匹配时会引起源端反射，由负载端反射回来的 信号传到源端时，源端也将部分电压再反射回负载端。反射造成了 信号振铃现象，如果振铃的幅度过大，一方面可能造成信号电平的 误判断，另一方可能会对器件造成损坏。
ZL
R1 ( )
H x ( )
T ( )
二次
三次反射
R 2 ( )
信号
H x ( )
A(
)
H
x
(
)
R
2
H
2 x
R1
T
(
)
四次反射
R1 ( )
H x ( )
T ( )
三次
五次反射
R 2 ( )
信号
A(
)H
x
(
)
R2
H
2 x
R1
2
T
(
)
负载端 最终信号
造成过冲、 振铃
反射
改善方法：
1．消除一次反射: R20
相对介电常数 r
我们常用的介质是4材料的，相对空气的介电常数是4.2-4.7。 这个介电常数是会随温度变化的，在0-70度的温度范围内，其最大 变化范围可以达到20%。介电常数的变化会导致线路延时10%的变 化，温度越高，延时越大。介电常数还会随信号频率变化，频率越 高介电常数越小。100M以下可以用4.5计算板间电容以及延时
简单，但选择要保证 驱动源在输出高低电 平时的汲取能力,比较 困难。
1 4
Td
电信号传播
信号在沿着传输线传输时，是以电磁波的形式传输的。电磁波 包含时变的电场和磁场。
电信号在真空中的传播速度大约是30万公里每秒，即3×10^10 (^表示幂运算)，亦即约11800 .
在其他介质中，假设相对介电常数为，则传播速度约为： 11800×^0.5
一般板4材料的介电常数是4左右，所以，电信号在其中的传播 速度大约是11800/(4^0.5) = 5900
虽然降低了对器件驱动能力
的要求，但R1和R2一致从系
统电源中吸收电流，会增加
Z0
系统的直流功耗。
简单，但要保证 足够大的高电平 驱动电流，所以 电流消耗大
简单并行端接
Z0
RT = Z0
VBIAS RT = Z0
Vcc
R1 Z0
RT
R1R2 R1 R2
Z0
R2
戴维宁(Thevenin）并行端接
有源并源自文库端接