PCB傳輸線: 它是什麼? 它為什麼如此重要?

Ryan 是 MOKO 的高級電子工程師, 在這個行業有十多年的經驗. 專業從事PCB版圖設計, 電子設計, 和嵌入式設計, 他為不同領域的客戶提供電子設計和開發服務, 來自物聯網, 引領, 消費電子產品, 醫療等.
內容

對先進電子產品不斷增長的需求推動了電路板功能和性能的創新. 電路設計人員現在通常使用更快的訊號速度. 高速訊號, 偶爾的挑戰, 正在成為印刷電路板佈局的標準. 高速訊號的完美傳輸要求設計人員了解電路板上佈線的最佳實踐. 不能再僅根據美觀或成本來佈線. 現在的首要任務是創建最佳追蹤路徑,以確保訊號完整性並最大限度地減少效能問題. 為了實現這一點, 設計者必須掌握的PCB傳輸線知識. 這甚至可能嗎, 我們將介紹所使用的傳輸線的類型, 討論它們的重要性, 並提供首選的佈局方式.

什麼是PCB傳輸線?

印刷電路板傳輸線在電路板上的發射器和接收器之間傳輸訊號. 它由兩根導體組成 – 訊號跡線和返迴路徑, 通常是地平面. 導體由介電層隔開. 高頻交流電在傳輸線上表現出波傳播. 一個關鍵特性是在其長度上的每個點, 該線路有阻抗. 而且, 如果線尺寸不變, 此阻抗保持均勻. 這種走線稱為受控阻抗傳輸線. 阻抗不均勻導致訊號反射和失真. 因此對於高頻, 控制走線阻抗可預測訊號行為.

PCB 傳輸線的類型

設計印刷電路板時, 工程師在全面傳輸訊號時需要考慮三個主要選項:

PCB傳輸線的類型

  1. PCB微帶線

微帶傳輸線由充當訊號載體的單一導電跡線組成, 在參考地平面上佈線. 這個參考平面, 通常位於外層之一 PCB疊層, 在訊號走線正下方提供返迴路徑. 由於易於訪問,微帶最常沿著外層運行, 然而, 也可以將這些走線嵌入內板層中. 內部微帶線的參考平面仍位於相鄰的外層上. 微帶線可實現單端訊號的簡單路由, 高跡線密度設計, 以及表面貼裝元件的適用性.

  1. PCB帶狀線

帶狀線傳輸線涉及在兩個參考接地層之間封閉佈線導電跡線, 包含在板介電層內. 此設定提供了訊號載波上方和下方的返迴電流路徑. 與微帶線相比,兩個平面增加的屏蔽使帶狀線具有天然的抗電磁幹擾能力. 帶狀線表現出出色的多功能性 – 走線可以放置在更靠近一個參考平面或另一個參考平面的位置,以調整性能, 並且多個走線可以在平面之間並行佈線. 更大的參考平面還可以提高訊號傳輸質量. 與微帶線相比,帶狀線的製造確實更複雜, 但可實現出色的高速訊號.

  1. 共面傳輸線

共面傳輸線將訊號走線和返迴路徑放置在同一 PCB 層上. 它由一條中央訊號走線組成,兩側是兩個較寬的接地層, 導體之間有間隔間隙. 所有共面元件均在電路板的介電材料上佈線. 精確控制走線之間的間隙, 地平面, 和平面寬度是必須的 達到目標阻抗. 與微帶線或帶狀線相比,共麵線的使用頻率較低, 但提供了一些優點,例如更容易進行阻抗調整且不需要鑽孔. 它們的暴露也簡化了測量探測. 但共面具有更嚴格的製造公差,並且在沒有屏蔽層的情況下仍然容易受到 EMI 影響.

PCB 中傳輸線的重要性

隨著電子設備和電路推動更快的開關速度和更高的頻率, 考慮 PCB 佈局中的傳輸線效應變得至關重要. 微波頻率達到千兆赫範圍, 軌跡不能再被簡單地視為點之間的連接. 相當, 電傳播定律規定訊號將根據走線幾何形狀的阻抗進行反射和振鈴. 未能控制這些影響會導致訊號失真, 電磁幹擾, 和不可靠的電路操作. 透過正確實施傳輸線(控制尺寸和間距以實現目標特性阻抗),PCB 設計人員可以完美地將訊號從來源傳輸到負載. 輸電線路專業知識, 是否微帶, 帶狀線, 或共面結構, 有助於防止訊號衰減,同時支援尖端技術. 隨著當今小型化和頻率不斷提高的趨勢, 了解 PCB 傳輸線是設計高速電路的基本技能, 高頻電路板.

設計傳輸線時的技巧

PCB傳輸線設計

控制整個走線長度的特性阻抗對於傳輸線至關重要. 否則會導致高頻訊號反射破壞, 破壞資料傳輸. 透過客製化線寬來實現目標阻抗, 設計師創造精確的互連. 線上計算機, 具有整合計算器的 CAD 工具, 或向 PCB 製造商尋求指導可簡化實現準確阻抗目標的過程, 哪些標準喜歡 IPC-2581 也方便.

建立阻抗控制走線, 額外的設計實踐優化佈局:

避開擁擠區域 – 透過將線路佈線遠離狹小空間來防止阻抗不連續. 走線中的分裂或斷裂會幹擾返迴電流路徑.

使用一層 – 主要使用一層來最大限度地減少垂直過渡,以便更輕鬆地進行阻抗控制和參考平面訪問.

添加過孔 – 如果層間轉移不可避免, 將通孔放置在跡線旁作為接地參考,以維持返迴路徑.

保持配對在一起 – 在同一路徑上將差分對佈線在一起以匹配線路長度, 避免可能會扭曲訊號的障礙物,例如過孔.

在本質上, 受控阻抗傳輸線需要精心規劃和佈局,才能在高頻下提供原始訊號. 存在大量資源可以在佈線之前準確設計目標阻抗的走線幾何形狀和間距. 計算後, 必須注意實施路線的一致性和連續性. 隨著當今的訊號速度進入微波範圍, 使用阻抗匹配傳輸線原理的專業知識標誌著寶貴的 PCB 設計技能. 掌握受控阻抗走線並減輕不連續性,可可靠地路由高頻訊號.

包起來

結束時, 理解傳輸線基礎知識可以幫助印刷電路設計人員. 整個走線長度的阻抗控制至關重要; 不連續性會破壞訊號完整性. 透過計算目標阻抗的物理尺寸, 統一互連可靠地傳輸高速數據.

請聯絡我們 對於這個關鍵的 PCB 佈局主題有任何懸而未決的問題. 是否尋址阻抗計算, 傳輸線配置, 路由方法, 或訊號完整性問題, 我們熱切支持您對專業知識的追求.

分享這個帖子
Ryan 是 MOKO 的高級電子工程師, 在這個行業有十多年的經驗. 專業從事PCB版圖設計, 電子設計, 和嵌入式設計, 他為不同領域的客戶提供電子設計和開發服務, 來自物聯網, 引領, 消費電子產品, 醫療等.
滾動到頂部