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应用说明 121

传输线路配置
较短的信号转换时间和较高的时钟速率意味着今天的 PCB 迹线需要被视为传输线路。在本应用说明中，我们将介绍两种传输线路的配置。

我们已经在应用说明 AP120 中看到，当今的快速切换速度或高速时钟速率的 PCB 迹线必须被视为传输线路 - 其电子特性必须由 PCB 设计厂商来控制的信号线。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）。

在实际情况中，这表明您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。简单来说，设计厂商需要在信号线路的电子长度超出信号上升时间的 30% 时考虑控制线路板阻抗。
使传输线路的阻抗与设备阻抗相匹配

必须对安装在 PCB 上的设备本身具有的特性阻抗和连接 PCB 迹线的阻抗选择，使之匹配当前所适用的所有逻辑系列的特性阻抗。为了最好地将信号从源（图中设备 A）传送到负载（设备 B），迹线阻抗必须匹配发送设备（图中设备 A）的输出阻抗和接收设备（设备 B）的输入阻抗。对于 CMOS 和 TTL，特性阻抗的范围是 80 到 110 欧姆。

如果连接两个设备的的 PCB 迹线的阻抗不匹配设备的特性阻抗，在负载设备可以进入新的逻辑状态之前将会发生多次反射。结果将可能导致高速数字系统中的切换时间或随机错误增加。为此线路设计工程师和 PCB 设计厂商必须仔细指定迹线阻抗值及其误差。误差 5% 即使对于技术规格要求较高的应用而言也是不常见的。
单端传输线路

图 1 中的电路是一个单端传输线路的示例。

 

图 1 – 单端 PCB 迹线
单端传输线路是连接两个设备的最为常见的方法。在本例中，一条导线连接了一个设备的源和另一个设备的负载。

参考（接地）层提供了信号回路。这是一个未平衡线路的示例。信号线路和返回线路在几何尺寸上不同 — 信号线的交叉部分和返回接地层导线的交叉部分不同。

那么如何确定 PCB 迹线特性阻抗呢？

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。这些因子将是迹线物理尺寸（例如迹线的宽度和厚度）和 PCB 底板材质的绝缘常数和绝缘厚度的函数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
差分传输线路

控制阻抗 PCB 通常使用微波传输带或带状线传输线路，以单端（未平衡）或差分（已平衡）配置的方式生产。差分操作模式如图 2 所示。

图 2 – 差分 PCB 迹线
差分配置适用于对于噪声隔离和改善时钟频率要求较高的情况。这一配置是一个已平衡线路的示例 — 信号线和回路线的几何尺寸相同。 

线路是成对布放的，即两条线路传输极性相反的信号波型。在两条线路之间生成的场将相互抵消，因此 EMI 和 RFI 将比未平衡的线路短，并且减少了外部噪声的问题。

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