微帶線(xiàn)和帶狀線(xiàn)設(shè)計(jì)

《微帶線(xiàn)和帶狀線(xiàn)設(shè)計(jì)》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線(xiàn)閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。

1、MT-094指南微帶線(xiàn)和帶狀線(xiàn)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介人們撰寫(xiě)了大量文章來(lái)闡述如何端接PCB走線(xiàn)特性阻抗以避免信號(hào)反射。但是，妥善運(yùn)用傳輸線(xiàn)路技術(shù)的時(shí)機(jī)尚未說(shuō)清楚。下面總結(jié)了針對(duì)邏輯信號(hào)的一條成熟的適用性指導(dǎo)方針。當(dāng)PCB走線(xiàn)單向傳播延時(shí)等于或大于施加信號(hào)上升/下降時(shí)間(以最快邊沿為準(zhǔn))時(shí)端接傳輸線(xiàn)路特性阻抗。例如，在E=4.0介電質(zhì)上2英寸微帶線(xiàn)的延時(shí)約270ps。嚴(yán)格貫徹上述規(guī)則，只要信號(hào)上升r時(shí)間不到~500ps，端接是適當(dāng)?shù)摹８Ｊ氐囊?guī)則是使用2英寸(PCB走線(xiàn)長(zhǎng)度)/納秒(上升/下降時(shí)間)規(guī)則。如果信號(hào)走線(xiàn)超過(guò)此走線(xiàn)長(zhǎng)度/速度準(zhǔn)則，

2、則應(yīng)使用端接。例如，如果高速邏輯上升/下降時(shí)間為5ns，PCB走線(xiàn)等于或大于10英寸(其中測(cè)量長(zhǎng)度包括曲折線(xiàn))，就應(yīng)端接其特性阻抗。在模擬域內(nèi)，必須注意，運(yùn)算放大器和其他電路也應(yīng)同樣適用這條2英寸/納秒指導(dǎo)方針，以確定是否需要傳輸線(xiàn)路技術(shù)。例如，如果放大器必須輸出最大頻率f，則等效上升時(shí)max間tr和這個(gè)f相關(guān)。這個(gè)限制上升時(shí)間t可計(jì)算如下：maxrtr=0.35/fmax等式1然后將t乘以2英寸/納秒來(lái)計(jì)算最大PCB走線(xiàn)長(zhǎng)度。例如，最大頻率100MHz對(duì)應(yīng)于3.5ns的r上升時(shí)間，所以載送此信號(hào)的7英寸或以上走線(xiàn)應(yīng)視為傳輸線(xiàn)

3、路。PCB板上受控阻抗走線(xiàn)的設(shè)計(jì)在受控阻抗設(shè)計(jì)中，可以采用多種走線(xiàn)幾何形狀，既可與PCB布局圖合二為一，也可與其相結(jié)合。在下面的討論中，基本模式遵循IPC標(biāo)準(zhǔn)2141A的規(guī)定(見(jiàn)參考文獻(xiàn)1)。Rev.0,01/09,WKPage1of7MT-094請(qǐng)注意，下面的圖示中將使用術(shù)語(yǔ)接地層。需要了解的是，該接地層實(shí)際上是一個(gè)大面積、低阻抗的參考層。在實(shí)踐中，可能是一個(gè)接地層或電源層，假定二者的交流電位均為零。首先是簡(jiǎn)單的平面上布線(xiàn)形式的傳輸線(xiàn)路，也稱(chēng)微帶線(xiàn)。圖1所示為橫截面視圖。這類(lèi)傳輸線(xiàn)路可能是實(shí)驗(yàn)板中使用的信號(hào)線(xiàn)。其構(gòu)成非常簡(jiǎn)單

4、，一條分立的絕緣線(xiàn)以固定間距分布于接地層上。介電質(zhì)既可能是線(xiàn)材的絕緣層，也可能是該絕緣層與空氣的結(jié)合體。DWIREDIELECTRICHGROUNDPLANE圖1：一種阻抗既定的微帶線(xiàn)傳輸線(xiàn)路由一條分布于接地層的絕緣線(xiàn)形成該線(xiàn)路的阻抗(單位：歐姆)可以用等式2估算。其中，D為導(dǎo)體直徑，H為線(xiàn)材在接地層上的間距，ε為介電常數(shù)。r等式2對(duì)于與PCB相融合的圖形，有多種幾何模型可供選擇，分為單端和差分兩類(lèi)。這些在IPC標(biāo)準(zhǔn)2141A(見(jiàn)參考文獻(xiàn)1)中有詳細(xì)說(shuō)明，這里對(duì)兩個(gè)常見(jiàn)示例略加說(shuō)明。在開(kāi)始進(jìn)行任何基于PCB傳輸線(xiàn)路設(shè)計(jì)時(shí)，必須

5、知道，有大量的等式都聲稱(chēng)適用于此類(lèi)設(shè)計(jì)。此時(shí)，一個(gè)極其重要的問(wèn)題就是，哪些等式是精確的呢？不幸的是，沒(méi)有一個(gè)等式是完全精確的！所有現(xiàn)有等式都是近似值，因而，其精度不盡相同，取決于具體情況。最知名也是引用最多的是參考文獻(xiàn)1中給出的等式，但是，即使這些等式也存在一些應(yīng)用問(wèn)題。參考文獻(xiàn)2針對(duì)不同幾何圖形，在試驗(yàn)PCB樣品上對(duì)參考文獻(xiàn)1中的等式進(jìn)行了評(píng)估。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，預(yù)測(cè)精度因目標(biāo)阻抗而異。下面引述的等式均來(lái)自參考文獻(xiàn)1，這里只是作為設(shè)計(jì)的起點(diǎn)，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，還需要進(jìn)一步的分析、測(cè)試和進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證。原則就是，要仔細(xì)研究，謹(jǐn)慎面對(duì)PCB走線(xiàn)

6、阻抗等式。Page2of7MT-094微帶線(xiàn)PCB傳輸線(xiàn)路對(duì)于其中一面為接地層的簡(jiǎn)單雙面PCB設(shè)計(jì)，可以在另一面設(shè)計(jì)一條信號(hào)走線(xiàn)以控制阻抗。這種幾何圖形被稱(chēng)為表面微帶，簡(jiǎn)稱(chēng)微帶。圖2中的雙層PCB橫截面視圖展示了這種微帶幾何圖形。TRACEWTDIELECTRICHGROUNDPLANE圖2：一種阻抗既定微帶傳輸線(xiàn)路由一條分布于接地層、采用適當(dāng)幾何圖形的PCB走線(xiàn)形成對(duì)于給定的PCB基板和銅重量，需要注意的是，W(信號(hào)走線(xiàn)寬度)以外的所有參數(shù)都是事先確定的。因而，可用等式3來(lái)設(shè)計(jì)一種PCB走線(xiàn)，以匹配電路要求的阻抗。若信號(hào)走線(xiàn)

7、寬W、厚T，且由介電常數(shù)為ε的PCB電介質(zhì)以距離H與接地層(或電源層)相分離，則其特r性阻抗為：等式3請(qǐng)注意，在這些表達(dá)式中，測(cè)量值均為常用單位(mil)。這些傳輸線(xiàn)路不但有特性阻抗，也有特性電容。其計(jì)算單位為pF/in，如等式4所示。等式4作為包括這些計(jì)算的示例，一塊雙層板可能用20mil寬(W)、1盎司(T=1.4)的銅走線(xiàn)，并由10mil(H)FR-4(ε=4.0)的介電材料分離。結(jié)果，該微帶線(xiàn)的阻抗為50左右。對(duì)于其他標(biāo)r準(zhǔn)阻抗(如75的視頻標(biāo)準(zhǔn)阻抗)，使"W"調(diào)整為8.3mil左右即可。Page3of7MT-09

8、4微帶線(xiàn)設(shè)計(jì)的一些指導(dǎo)原則本例涉及到一個(gè)有趣且微妙的要點(diǎn)。參考文獻(xiàn)2討論了與微帶PCB阻抗相關(guān)的有用指導(dǎo)原則。若介電常數(shù)為4.0(FR-4)，結(jié)果顯示，當(dāng)W/H為2/1時(shí)，阻抗將接近50(與第一個(gè)示例類(lèi)似，其中，W=20mil)。仔細(xì)的讀者會(huì)發(fā)現(xiàn)，根據(jù)等式3預(yù)測(cè)，Z應(yīng)為46