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PCB直角走线究竟会对信号传输产生多大的影响？资料下载
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2021-04-08
吴湛
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锐角走线一般布线时我们禁止出现，直角走线一般是PCB布线中要求尽量避免的情况，也几乎成为衡量布线好坏的标准之一，那么直角走线究竟会对信号传输产生多大的影响呢？
射频、高速数字电路：禁止锐角、尽量避免直角
如果是射频线，在转角的地方如果是直角，则有不连续性，而不连续性将易导致高次模的产生，对辐射和传导性能都有影响。RF信号线如果走直角，拐角处的有效线宽会增大，阻抗不连续，引起信号反射。为了减小不连续性，要对拐角进行处理，有两种方法：切角和圆角。圆弧角的半径应足够大，一般来说，要保证：R>3W。
锐角、直角走线
锐角走线一般布线时我们禁止出现，直角走线一般是PCB布线中要求尽量避免的情况，也几乎成为衡量布线好坏的标准之一，那么直角走线究竟会对信号传输产生多大的影响呢？
从原理上说，锐角、直角走线会使传输线的线宽发生变化，造成阻抗的不连续。
线宽变化导致阻抗变化
当走线的等效宽度变化的时候，会造成信号的反射。我们可以看到：
我们走线的时候，如果线宽发生变化，则会导致走线阻抗变化。
微带线（microstrip line）
•它由一根带状导线与地平面构成，中间是电介质。如果电介质的介电常数、线的宽度、及其与地平面的距离是可控的，则它的特性阻抗也是可控的，其精确度将在±5％之内。
带状线（stripline）
带状线就是一条置于两层导电平面之间的电介质中间的铜带。如果线的厚度和宽度，介质的介电常数，以及两层接地平面的距离都是可控的，则线的特性阻抗也是可控的，且精度在10%之内。
阻抗不连续就会反射
锐角最差，直角次之，钝角再次之，圆角再次之，直线最好。
当驱动器发射一个信号进入传输线时，信号的幅值取决于电压、缓冲器的内阻和传输线的阻抗。驱动器端看到的初始电压决定于内阻和线阻抗的分压。
反射系数
其中-1≤ρ≤1
当ρ=0时无反射发生
当ρ=1(Z 2 =∞，开路)时发生全正反射
当ρ=-1(Z 2 =0，短路)时发生全负反射
初始电压，是源电压Vs（2V）经过Zs（25欧姆）和传输线阻抗（50欧姆）分压。
Vinitial=1.33V
后续的反射率按照反射系数公式进行计算
源端的反射率，是根据源端阻抗（25欧姆）和传输线阻抗（50欧姆）根据反射系数公式计算为-0.33；
终端的反射率，是根据终端阻抗（无穷大）和传输线阻抗（50欧姆）根据反射系数公式计算为1；
我们按照每次反射的幅度和延时，在最初的脉冲波形上进行叠加就得到了这个波形，这也就是为什么，阻抗不匹配造成信号完整性不好的原因。
由于连接的存在、器件管脚、走线宽度变化、走线拐弯、过孔会使得阻抗不得不变化。所以反射也就不可避免。
除了反射还有什么原因么？
直角走线的对信号的影响就是主要体现在三个方面
一是拐角可以等效为传输线上的容性负载，减缓上升时间；
二是阻抗不连续会造成信号的反射；
三是直角尖端产生的EMI。
四还有一种说法：锐角会在生产过程中，造成生产有腐蚀物残留，不易加工，应该对于目前的PCB加工工艺来说不是什么困难，不作为理由。
传输线的直角带来的寄生电容可以由下面这个经验公式来计算：
C=61W(Er)1/2/Z0
在上式中，C就是指拐角的等效电容（单位：pF），W指走线的宽度（单位：inch），εr指介质的介电常数，Z0就是传输线的特征阻抗。
举个例子，对于一个4Mils的50欧姆传输线（εr为4.3）来说，一个直角带来的电容量大概为0.0101pF，进而可以估算由此引起的上升时间变化量：
T10-90%=2.2CZ0/2 = 2.20.010150/2 = 0.556ps
通过计算可以看出，直角走线带来的电容效应是极其微小的。
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