河南開發(fā)線路板印制在高速設(shè)計中，可控阻抗板和線路的特性阻抗問題困擾著許多中國工程師。本文通過簡單而且直觀的方法介紹了特性阻抗的基本性質(zhì)、計算和測量方法。在高速設(shè)計中，可控阻抗板和線路的特性阻抗是最重要和最普遍的問題之一。線路板印制生產(chǎn)廠首先了解一下傳輸線的定義：傳輸線由兩個具有一定長度的導體組成，一個導體用來發(fā)送信號，另一個用來接收信號(切記“回路”取代“地”的概念)。在一個多層板中，每一條線路都是傳輸線的組成部分，鄰近的參考平面可作為第二條線路或回路。一條線路成為“性能良好”傳輸線的關(guān)鍵是使它的特性阻抗在整個線路中保持恒定。線路板成為“可控阻抗板”的關(guān)鍵是使所有線路的特性阻抗?jié)M足一個規(guī)定值，通常在25歐姆和70歐姆之間。在多層線路板中，傳輸線性能良好的關(guān)鍵是使它的特性阻抗在整條線路中保持恒定。但是，究竟什么是特性阻抗?理解特性阻抗最簡單的方法是看信號在傳輸中碰到了什么。當沿著一條具有同樣橫截面?zhèn)鬏斁€移動時，這類似圖1所示的微波傳輸。假定把1伏特的電壓階梯波加到這條傳輸線中，如把1伏特的電池連接到傳輸線的前端(它位于發(fā)送線路和回路之間)，一旦連接，這個電壓波信號沿著該線以光速傳播，它的速度通常約為6英寸/納秒。當然，這個信號確實是發(fā)送線路和回路之間的電壓差，它可以從發(fā)送線路的任何一點和回路的相臨點來衡量。圖2是該電壓信號的傳輸示意圖。Zen的方法是先“產(chǎn)生信號”，然后沿著這條傳輸線以6英寸/納秒的速度傳播。第Y個0.01納秒前進了0.06英寸，這時發(fā)送線路有多余的正電荷，而回路有多余的負電荷，正是這兩種電荷差維持著這兩個導體之間的1伏電壓差，而這兩個導體又組成了一個電容器。在下一個0.01納秒中，又要將一段0.06英寸傳輸線的電壓從0調(diào)整到1伏特，這必須加一些正電荷到發(fā)送線路，而加一些負電荷到接收線路。每移動0.06英寸，必須把更多的正電荷加到發(fā)送線路，而把更多的負電荷加到回路。每隔0.01納秒，必須對傳輸線路的另外一段進行充電，然后信號開始沿著這一段傳播。電荷來自傳輸線前端的電池，當沿著這條線移動時，就給傳輸線的連續(xù)部分充電，因而在發(fā)送線路和回路之間形成了1伏特的電壓差。每前進0.01納秒，就從電池中獲得一些電荷(±Q)，恒定的時間間隔(±t)內(nèi)從電池中流出的恒定電量(±Q)就是一種恒定電流。流入回路的負電流實際上與流出的正電流相等，而且正好在信號波的前端，交流電流通過上、下線路組成的電容，結(jié)束整個循環(huán)過程。

通訊與計算機技術(shù)的高速發(fā)展使得高速PCB設(shè)計進入了千兆位領(lǐng)域，新的高速器件應(yīng)用使得如此高的速率在背板和單板上的長距離傳輸成為可能，但與此同時，PCB設(shè)計中的信號完整性問題(SI)、電源完整性以及電磁兼容方面的問題也更加突出。信號完整性是指信號在信號線上傳輸?shù)馁|(zhì)量，主要問題包括反射、振蕩、時序、地彈和串擾等。信號完整性差不是由某個單一因素導致，而是板級設(shè)計中多種因素共同引起。在千兆位設(shè)備的PCB板設(shè)計中，一個好的信號完整性設(shè)計要求工程師全面考慮器件、傳輸線互聯(lián)方案、電源分配以及EMC方面的問題。高速PCB設(shè)計EDA工具已經(jīng)從單純的仿真驗證發(fā)展到設(shè)計和驗證相結(jié)合，幫助設(shè)計者在設(shè)計早期設(shè)定規(guī)則以避免錯誤而不是在設(shè)計后期發(fā)現(xiàn)問題。隨著數(shù)據(jù)速率越來越高設(shè)計越來越復(fù)雜，高速PCB系統(tǒng)分析工具變得更加必要，這些工具包括時序分析、信號完整性分析、設(shè)計空間參數(shù)掃描分析、EMC設(shè)計、電源系統(tǒng)穩(wěn)定性分析等。這里我們將著重討論在千兆位設(shè)備PCB設(shè)計中信號完整性分析應(yīng)考慮的一些問題。高速器件與器件模型盡管千兆位發(fā)送與接收元器件供應(yīng)商會提供有關(guān)芯片的設(shè)計資料，但是器件供應(yīng)商對于新器件信號完整性的了解也存在一個過程，這樣器件供應(yīng)商給出的設(shè)計指南可能并不成熟，還有就是器件供應(yīng)商給出的設(shè)計約束條件通常都是非常苛刻的，對設(shè)計工程師來說要滿足所有的設(shè)計規(guī)則會非常困難。所以就需要信號完整性工程師運用仿真分析工具對供應(yīng)商的約束規(guī)則和實際設(shè)計進行分析，考察和優(yōu)化元器件選擇、拓撲結(jié)構(gòu)、匹配方案、匹配元器件的值，并最終開發(fā)出確保信號完整性的PCB布局布線規(guī)則。因此，千兆位信號的精確仿真分析變得十分重要，而器件模型在信號完整性分析工作中的作用也越來越得到重視。

高速數(shù)字PCB板的等線長是為了使各信號的延遲差保持在一個范圍內(nèi),保證系統(tǒng)在同一周期內(nèi)讀取的數(shù)據(jù)的有效性(延遲差超過一個時鐘周期時會錯讀下一周期的數(shù)據(jù)),一般要求延遲差不超過1/4時鐘周期,單位長度的線延遲差也是固定的,延遲跟線寬,線長,銅厚,板層結(jié)構(gòu)有關(guān),但線過長會增大分布電容和分布電感,使信號質(zhì)量,所以時鐘IC引腳一般都接RC端接,但蛇形走線并非起電感的作用,相反的,電感會使信號中的上升元中的高次諧波相移,造成信號質(zhì)量惡化,所以要求蛇形線間距最少是線寬的兩倍,信號的上升時間越小就越易受分布電容和分布電感的影響.因為應(yīng)用場合不同具不同的作用,如果蛇形走線在電腦板中出現(xiàn)，其主要起到一個濾波電感的作用，提高電路的抗干擾能力，電腦主機板中的蛇形走線，主要用在一些時鐘信號中，如CIClk,AGPClk，它的作用有兩點：1、阻抗匹配 2、濾波電感。對一些重要信號，如INTEL HUB架構(gòu)中的HUBLink,一共13根，跑233MHz，要求必須嚴格等長，以消除時滯造成的隱患，繞線是解決辦法。一般來講，蛇形走線的線距>=2倍的線寬。PCI板上的蛇行線就是為了適應(yīng)PCI 33MHzClock的線長要求。若在一般普通PCB板中，是一個分布參數(shù)的 LC濾波器，還可作為收音機天線的電感線圈，短而窄的蛇形走線可做保險絲等等.

尤其在使用高速數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)時，攔截大量信息所需要的時間顯著低于攔截低速數(shù)據(jù)傳輸所需要的時間。數(shù)據(jù)雙絞線中的絞合線對在低頻下可以靠自身的絞合來抵抗外來干擾及線對之間的串音，但在高頻情況下(尤其在頻率超過250MHz以上時)，僅靠線對絞合已無法達到抗干擾的目的，只有屏蔽才能夠抵抗外界干擾。電纜屏蔽層的作用就像一個法拉第護罩，干擾信號會進入到屏蔽層里，但卻進入不到導體中。因此，數(shù)據(jù)傳輸可以無故障運行。由于屏蔽電纜比非屏蔽電纜具有較低的輻射散發(fā)，因而防止了網(wǎng)絡(luò)傳輸被攔截。屏蔽網(wǎng)絡(luò)(屏蔽的電纜及元器件)能夠顯著減小進入到周圍環(huán)境中而可能被攔截的電磁能輻射等級。不同干擾場的屏蔽選擇干擾場主要有電磁干擾及射頻干擾兩種。電磁干擾(EMI)主要是低頻干擾，馬達、熒光燈以及電源線是通常的電磁干擾源。射頻干擾(RFI)是指無線頻率干擾，主要是高頻干擾。無線電、電視轉(zhuǎn)播、雷達及其他無線通訊是通常的射頻干擾源。對于抵抗電磁干擾，選擇編織屏蔽最為有效，因其具有較低的臨界電阻;對于射頻干擾,箔層屏蔽最有效,因編織屏蔽依賴于波長的變化，它所產(chǎn)生的縫隙使得高頻信號可自由進出導體;而對于高低頻混合的干擾場，則要采用具有寬帶覆蓋功能的箔層加編織網(wǎng)的組合屏蔽方式。通常，網(wǎng)狀屏蔽覆蓋率越高，屏蔽效果就越好。