电磁兼容EMC:单、双面板的均匀传输线

news2024/10/23 4:47:33

1 传输线

2 均匀传输线

3 特征阻抗

4 应用案例

为何要讲单、双面板的均匀传输线？因为均匀传输线能保证信号质量，减少EMC问题，而单双面板没有完整的地和电源平面，很难实现均匀传输线的布线，所以更需要知道如何在单、双面板上尽量实现均匀传输布线。要搞清楚均匀传输线之前先要弄明白什么是传输线。

1 传输线

传输线用来传输电能量和信号的导线。它是电信系统的重要组成部分，用来把载有信息的电磁波，沿着传输线规定的路由自一点输送到另一点。针对PCB板简单地说就是由两条有一定长度的走线组成。如下图示，其中一条定义为信号路径，另一条定义为返回路径。通常会将产品的地做为返回路径，但有时候含有正负电源系统里，地并不一定是真正的返回路径。因此在分析信号的返回路径时，要根据实际的电位来定。

如下图示的±5V电源系统中，+5V和GND环路中，5V是信号路径，GND是返回路径；-5V和GND信号环路中，GND是信号路径，-5V是返回路径。

传输线有两个非常重要的特征：特征阻抗和时延。另外在PCB中的高频信号还有一些肉眼看不到的寄生返回路径，因为高频信号是要回路电感最小化。这就意味着只要导体的情况允许，返回路径尽量靠近信号路径布线。

2 均匀传输线

均匀传输线：如果导线上任一处的横截面都相同，比如同轴线缆，则称这种传输线为均匀传输线。几何结构中有两个基本特性：导线沿线横截面的均匀程序，两条导线的相似程度，完全决定均匀传输线的电气特性。因此均匀传输线也称为可控阻抗传输线。按几何结构分，常见均匀传输线有：双绞线、同轴电缆、共面线、微带线、嵌入式微带线、带状线、非对称带状线。
在单、双面板PCB中，均匀传输线就只有下图示的共面线和微带线。如果传输线是均匀的，那么信号反射就会减小，信号质量也就会更好，所以通常高速信号线都要求是均匀传输线设计。而这里的高速信号线包含自身频率高的有用信号，还有一些无用的高频干扰信号。

在整条传输线中，任何的几何结构或者材料属性发生变化，都是非均匀传输线。这也就是在一些互连的连接器和元器件的管脚附近要做端接处理的原因，因为连接器和元器件的管脚破坏了PCB走线的横截面大小，信号会在连接处生产反射。其中若两根导线的间距发生变化，也不是均匀传输线。在单、双面板的PCB设计中最常见的是各种走线宽度变化的情况，需要尽量控制将非均匀传输线减小。

如上图示中的双面线，若两根线完全一致对称，那这种均匀传输线称为平衡传输线。而同轴电缆为非平衡传输线。

3 特征阻抗

对于均匀传输线，当信号在上面传播时，在任何一处受到的瞬时阻抗都是相同的。这个瞬时阻抗可以表征传输线特性，也就称这个瞬时阻抗为特征阻抗。设计一个PCB走线的定指特性阻抗，需要不断地调整线宽、介质厚度和介电常数。因此在阻抗设计时都是需要将做阻抗设计的走线告诉PCB制造商，他们再根据实际情况对PCB进行微调。这也就导致单、双面板基本上做不到均匀传输线的设计，在单、双面板PCB上再来谈指定阻抗设计就没有什么意义了。
我们能做的就是尽可能的对一些有高频分量的信号线进行最大程度接近均匀传输线设计。