布线(Layout)是 PCB 设计工程师最基本的工作技能之一。走线的好坏将直接影响到整个系统的性能,大
多数高速的设计理论也要最终经过 Layout 得以实现并验证,由此可见,布线在高速 PCB 设计中是至关重要
的。下面将针对实际布线中可能遇到的一些情况,分析其合理性,并给出一些比较优化的走线策略。主要
从直角走线,差分走线,蛇形线等三个方面来阐述。
1. 直角走线
直角走线一般是 PCB 布线中要求尽量避免的情况,也几乎成为衡量布线好坏的标准之一,那么直角走线究
竟会对信号传输产生多大的影响呢?从原理上说,直角走线会使传输线的线宽发生变化,造成阻抗的不连
续。其实不光是直角走线,顿角,锐角走线都可能会造成阻抗变化的情况。
直角走线的对信号的影响就是主要体现在三个方面:一是拐角可以等效为传输线上的容性负载,减缓上升
时间;二是阻抗不连续会造成信号的反射;三是直角尖端产生的 EMI。
传输线的直角带来的寄生电容可以由下面这个经验公式来计算:
C=61W(Er)[size=1]1/2[/size]/Z0
在上式中,C 就是指拐角的等效电容(单位:pF),W 指走线的宽度(单位:inch),εr 指介质的介电常数,
Z0 就是传输线的特征阻抗。举个例子,对于一个 4Mils 的 50 欧姆传输线(εr 为 4.3)来说,一个直角带来
的电容量大概为 0.0101pF,进而可以估算由此引起的上升时间变化量:
T10-90%=2.2*C*Z0/2 = 2.2*0.0101*50/2 = 0.556ps
通过计算可以看出,直角走线带来的电容效应是极其微小的。
由于直角走线的线宽增加,该处的阻抗将减小,于是会产生一定的信号反射现象,我们可以根据传输线章
节 中 提 到 的 阻 抗 计 算 公 式 来 算 出 线 宽 增 加 后 的 等 效 阻 抗 , 然 后 根 据 经 验 公 式 计 算 反 射 系 数 :
ρ=(Zs-Z0)/(Zs+Z0),一般直角走线导致的阻抗变化在 7%-20%之间,因而反射系数最大为 0.1 左右。而且,
从下图可以看到,在 W/2 线长的时间内传输线阻抗变化到最小,再经过 W/2 时间又恢复到正常的阻抗,整
个发生阻抗变化的时间极短,往往在 10ps 之内,这样快而且微小的变化对一般的信号传输来说几乎是可以
忽略的。