隨著電子產(chǎn)品不斷向高密度、集成化、高可靠性的方向發(fā)展,PCB(印制電路板)作為電子產(chǎn)品最主要的部件之一,越來越多的活躍在電子產(chǎn)業(yè)的舞臺。我們來關(guān)注一下PCB在設(shè)計(jì)布線中的3種特殊走線技巧。
PCB設(shè)計(jì)布線(Layout)的好壞將直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的性能,大多數(shù)高速的設(shè)計(jì)理論也要最終經(jīng)過 Layout 得以實(shí)現(xiàn)并驗(yàn)證,由此可見,布線在高速 PCB 設(shè)計(jì)中是至關(guān)重要的。下面將針對實(shí)際布線中可能遇到的一些情況,分析其合理性,并給出一些比較優(yōu)化的走線策略。
主要從直角走線,差分走線,蛇形線等三個(gè)方面來闡述。
1. 直角走線
直角走線一般是PCB布線中要求盡量避免的情況,也幾乎成為衡量布線好壞的標(biāo)準(zhǔn)之一,那么直角走線究竟會(huì)對信號傳輸產(chǎn)生多大的影響呢?從原理上說,直角走線會(huì)使傳輸線的線寬發(fā)生變化,造成阻抗的不連續(xù)。其實(shí)不光是直角走線,頓角,銳角走線都可能會(huì)造成阻抗變化的情況。
直角走線的對信號的影響就是主要體現(xiàn)在三個(gè)方面:
一是拐角可以等效為傳輸線上的容性負(fù)載,減緩上升時(shí)間;
二是阻抗不連續(xù)會(huì)造成信號的反射;
三是直角尖端產(chǎn)生的EMI。
很多人對直角走線都有這樣的理解,認(rèn)為尖端容易發(fā)射或接收電磁波,產(chǎn)生 EMI,這也成為許多人認(rèn)為不能直角走線的理由之一。然而很多實(shí)際測試的結(jié)果顯示,直角走線并不會(huì)比直線產(chǎn)生很明顯的EMI。也許目前的儀器性能,測試水平制約了測試的精確性,但至少說明了一個(gè)問題,直角走線的輻射已經(jīng)小于儀器本身的測量誤差。
總的說來,直角走線并不是想象中的那么可怕。至少在GHz以下的應(yīng)用中,其產(chǎn)生的任何諸如電容,反射,EMI等效應(yīng)在TDR測試中幾乎體現(xiàn)不出來,高速PCB設(shè)計(jì)工程師的重點(diǎn)還是應(yīng)該放在布局,電源/地設(shè)計(jì),走線設(shè)計(jì),過孔等其他方面。當(dāng)然,盡管直角走線帶來的影響不是很嚴(yán)重,但并不是說我們以后都可以走直角線,注意細(xì)節(jié)是每個(gè)優(yōu)秀工程師必備的基本素質(zhì),而且,隨著數(shù)字電路的飛速發(fā)展,PCB 工程師處理的信號頻率也會(huì)不斷提高,到 10GHz 以上的 RF 設(shè)計(jì)領(lǐng)域,這些小小的直角都可能成為高速問題的重點(diǎn)對象。
2. 差分走線
差分信號(Differential Signal)在高速電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用越來越廣泛,電路中最關(guān)鍵的信號往往都要采用差分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),什么另它這么倍受青睞呢?在PCB設(shè)計(jì)中又如何能保證其良好的性能呢?帶著這兩個(gè)問題,我們進(jìn)行下一部分的討論。
何為差分信號?通俗地說,就是驅(qū)動(dòng)端發(fā)送兩個(gè)等值、反相的信號,接收端通過比較這兩個(gè)電壓的差值來判斷邏輯狀態(tài)“0”還是“1”。而承載差分信號的那一對走線就稱為差分走線。
差分信號和普通的單端信號走線相比,最明顯的優(yōu)勢體現(xiàn)在以下三個(gè)方面:
a.抗干擾能力強(qiáng),因?yàn)閮筛罘肿呔€之間的耦合很好,當(dāng)外界存在噪聲干擾時(shí),幾乎是同時(shí)被耦合到兩條線上,而接收端關(guān)心的只是兩信號的差值,所以外界的共模噪聲可以被完全抵消。