高速电路PCB的网络、传输线、信号路径和走线

PCB设计

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严格地讲,网络是一个限于低速、集总参数电路的概念。如图1所示,不管元件Pl的引脚A到元件R1、P2、P3的B、C、D引脚互连用哪种物理连接(微带线、带状线、同轴电缆还是跳线),也不管中间是否经历过孔或是线宽变化,引脚B、C、D上都能实时和不失真地反映引脚A的波形变化。当然,这是一种理想状况,然而对于低速信号是合理的,因此,A、B、C、D之间的任何连接为一个网络(节点),如图1所示的黑线为网络Netl。

但是,对于高速信号,如第3章所讲的就完全不是这样了,一个信号从引脚A输出,到达D可能完全失真,而且也完全不考虑信号电流是如何返回的,所以需引入传输线的概念。传输线的原理在第3章已有详细介绍,在此仅澄清概念上的混淆。

如图2所示,传输线用于信号从一个地方传输到另一个地方,它包括两条路径:信号路径和返回路径,信号路径只是构成信号传输系统的一部分。

传输线



图1 网络节点

传输线

图2 传输线由信号路径和返回路径组成

那么信号从一点到另一点,比如说从图1所示中的A到D不再是实时无失真的了,它们之间的任何金属互连线已经不能简单地抽象为一个网络节点,而必须用具有一定电特性的特性阻抗和时延的元件去描述,而且,还要为这条任何金属互连线上的电流找一个返回路径,两者之间还要形成电场,如图2所示的虚线箭头。这就是传输线和网络的区别,在高速电路中,几乎会遗忘网络中的一个概念:传输线。

微带线、带状线都只是传输线的一种形式。而走线则是这些传输线的信号路径在PCB上的物理实现,比如,PCB表层的走线就是微带线的一部分,而层间走线则是带状线的一部分,要实现信号传输,就要为它寻找一个返回路径,在PCB上的返回路径就是参考平面或信号路径周围的其他导体,甚至自由空间。

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