PCB传输线的效应及设计

PCB板在设计和制造的过程中，工程师不仅需要做到将基板上的元器件进行合理布局和设计，还需要保障PCB的走线信号完整性，而影响其信号完整性主要有反射、振铃、地弹和串扰等现象。这就需要设计人员解决PCB传输线的效应问题。本文将会就这一问题的产生原因和解决方法展开简单总结。

这里以最基础的PCB板为实际案例进行说明，一块基础的PCB板，其走线可等效为图1所示的串联和并联的电容、电阻和电感结构。这里我们假设串联电阻的典型值Ω/ft—Ω/ft，则并联电阻阻值通常很高。将寄生电阻、电容和电感加到实际的PCB连线中之后，连线上的最终阻抗称为特征阻抗Zo。

在图1所展示的这一PCB走线等效电路中，一旦有大的电流涌动时则会迅速引起地弹，若有一个较大的瞬态电流在芯片与板的电源平面流过，芯片封装与电源平面间的寄生电感和电阻就会引发电源噪声。串扰是两条信号线之间的耦合问题，信号线之间的互感和互容导致了线上的噪声。容性耦合引发耦合电流，而感性耦合引发耦合电压。PCB板层的参数、信号线间距、驱动端和接收端的电气特性及线端接方式对串扰都有一定的影响。

要解决这些影响PCB信号传输完整性的问题，这就需要工程师采取的一些应对措施。电源层对电流方向不限制，返回线可沿着最小阻抗即与信号线最接近的路径走。这就可能使电流回路最小，而这将是高速系统首选的方法。但是电源层不排除线路杂波，不注意电源分布路径，所有系统均会产生噪声造成错误。因此需要特殊的滤波器，由旁路电容实现。一般一个1μF到10μF的电容放在板上电源输入端，而μF至μF的电容放在板上每个有源器件的电源、地的管脚之间。旁路电容的作用就像滤波器，大电容（10μF）放在电源输入端，滤除板外产生的低频（60Hz）噪声，板上有源器件产生的噪声在100MHz或更高的频率下会产生谐波，放在每个芯片之间的旁路电容通常比放在板上电源输入端的电容小得多。