微带线,带状线-PCB的阻抗设计

随着高速电子系统越来越多,高速电子信号在pcb中走线所造成的问题也越来越多:例如信号出现大的上冲和过冲,产生不想要的振荡,振铃干扰等。这些都会严重影响电子设备的可靠性,甚至使电子设备无法工作。所以对传输线的阻抗控制成为PCB设计的一个重点和难点。

传输线是一个单面或者两面有参考地平面的特殊的具有分散参数的导线。理想的传输线可以简化为下图所示的集总参数的电路:

传输线简化等效电路

其中L为单位长度电感,C为单位长度电容。实际的传输线都是有损耗的,等效集总参数电路如下所示:

传输线等效电路

其中R是单位长度电阻,和并联的电阻因阻值比较大,一般说电导值G,是电阻的倒数。和电感串联的电阻可以借助PCB走线电阻计算出来

传输线一个最重要的参数是特性阻抗,它被定义为

特性阻抗计算公式

另一个参数是传输延迟

传输延迟计算公式

按传输线的结构形式可以分为微带线带状线不对称带状线等,结构形式可以参看链接里的介绍。

下面是几个比较典型的阻抗值:(注:1oz=0.035毫米,这里的W,H,T的意义可以参考微带线的定义)

典型的阻抗值

那么在一个产品中应该用什么样的传输线比较好呢,微带线还是带状线(还是不对称带状线)。应该根据这几种传输线的特点来确定,应该注意一下几个方面:

一,是否满足PCB的工艺需求?例如PCB的板厚最小线宽等,带状线在同样板厚的情况下线宽最小,这时候就有可能超出PCB板厂的最小线宽要求。

二,抗干扰能力要求。传输线有可能干扰其他电路,或者有可能被其他电路干扰。例如在手机中PA到天线的传输线有可能干扰到音频电路使其产生217Hz的TDMA噪声,或者传输线会受到本地时钟电路的高次谐波的影响而使手机在某几个信道上接收灵敏度降低。由于带状线被埋在两层地平面之间,因而EMI效果最好,这时候应该优选选择带状线(或者不对称带状线)。

三,传输损耗。由于同样特性阻抗条件下带状线走线较窄,因而损耗可能较大。(因微带线走线宽当然等效并联电阻也会较小,一般情况下等效并联电阻对传输损耗的影响会小于等效串联电阻的影响的,但这取决于线宽和PCB材质)

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