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PCB布線的直角走線

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PCB布線的直角走線

布線（Layout）是電源適配器工程師PCB設計較基本的工作技能之一。走線的好壞將直接影響到整個系統(tǒng)的性能，大多數(shù)高速的設計理論也要后面經(jīng)過Layout得以實現(xiàn)并驗證，由此可見，布線在高速PCB設計中是至關(guān)重要的。下面將針對實際布線中可能遇到的一些情況，分析其合理性，并給出一些比較優(yōu)化的走線策略。主要從直角走線，差分走線，蛇形線等三個方面來闡述。

1、6V電源適配器直角走線

直角走線一般是電源適配器PCB布線中要求盡量避免的情況，也幾乎成為衡量電源適配器布線好壞的標準之一，那么直角走線究竟會對信號傳輸產(chǎn)生多大的影響呢？從原理上說，直角走線會使傳輸線的線寬發(fā)生變化，造成阻抗的不連續(xù)。其實不光是直角走線，頓角，銳角走線都可能會造成阻抗變化的情況。

直角走線的對信號的影響就是主要體現(xiàn)在三個方面：

一是拐角可以等效為傳輸線上的容性負載，減緩上升時間；
二是阻抗不連續(xù)會造成信號的反射；
三是直角尖端產(chǎn)生的EMI。

PCB布線的直角走線

傳輸線的直角帶來的寄生電容可以由下面這個經(jīng)驗公式來計算：

C=61W(Er)[size=1]1/2[/size]/Z0

在上式中，C就是指拐角的等效電容（單位：pF），W指走線的寬度（單位：inch），εr指介質(zhì)的介電常數(shù)，Z0就是傳輸線的特征阻抗。舉個例子，對于一個4Mils的50歐姆傳輸線（εr為4.3）來說，一個直角帶來的電容量大概為0.0101pF，進而可以估算由此引起的上升時間變化量：

T10-90%=2.2*C*Z0/2=2.2*0.0101*50/2=0.556ps

通過計算可以看出，直角走線帶來的電容效應是極其微小的。由于直角走線的線寬增加，該處的阻抗將減小，于是會產(chǎn)生一定的信號反射現(xiàn)象，我們可以根據(jù)傳輸線章節(jié)中提到的阻抗計算公式來算出線寬增加后的等效阻抗，然后根據(jù)經(jīng)驗公式計算反射系數(shù)：
ρ=(Zs-Z0)/(Zs+Z0)

一般直角走線導致的阻抗變化在7%-20%之間，因而反射系數(shù)較大為0.1左右。而且，從下圖可以看到，在W/2線長的時間內(nèi)傳輸線阻抗變化到較小，再經(jīng)過W/2時間又恢復到正常的阻抗，整個發(fā)生阻抗變化的時間極短，往往在10ps之內(nèi)，這樣快而且微小的變化對一般的信號傳輸來說幾乎是可以忽略的。
PCB布線的直角走線

很多人對電源適配器直角走線都有這樣的理解，認為尖端容易發(fā)射或接收電磁波，產(chǎn)生EMI，這也成為許多人認為不能直角走線的理由之一。然而很多實際測試的結(jié)果顯示，直角走線并不會比直線產(chǎn)生很明顯的EMI。也許目前的儀器性能，測試水平制約了測試的精確性，但至少說明了一個問題，直角走線的輻射已經(jīng)小于儀器本身的測量誤差。

總的說來，直角走線并不是想象中的那么可怕。至少在GHz以下的應用中，其產(chǎn)生的任何諸如電容，反射，EMI等效應在TDR測試中幾乎體現(xiàn)不出來，高速PCB設計工程師的重點還是應該放在布局，電源適配器/地設計，走線設計，過孔等其他方面。當然，盡管直角走線帶來的影響不是很嚴重，但并不是說我們以后都可以走直角線，注意細節(jié)是每個優(yōu)秀工程師必備的基本素質(zhì)，而且，隨著數(shù)字電路的飛速發(fā)展，PCB工程師處理的信號頻率也會不斷提高，到10GHz以上的RF設計領(lǐng)域，這些小小的直角都可能成為高速問題的重點對象。

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| 發(fā)布時間：2018.07.19 來源：電源適配器廠家

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