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PCB 設計中的傳輸線計算器
PCB 設計中的傳輸線計算器
傳輸線是使現代生活成為可能的那些看似復雜的事物之一?？此坪唵蔚慕饘匐娎|，實際上是精心設計的系統。PCB 上的痕跡也不例外，它們就像為電子設備供電的血管。
那么什么是傳輸線呢？該術語最初用于創建 PCB 上的走線和民用電源線之間的類比。術語“傳輸線”往往在沒有太多上下文的情況下被拋出。并非 PCB 上的所有走線都是傳輸線，在某些情況下，傳輸線的設計規則變得很重要。
我的痕跡是傳輸線嗎？
術語“傳輸線”是指 PCB 上走線的行為而非其結構。給定的跡線在某些條件下可能表現為傳輸線，而在其他條件下表現為簡單的導體。
走線是否像傳輸線一樣的答案取決于信號沿走線傳播所需的時間。這個時間被稱為線路延遲、傳播延遲或傳輸延遲，所有這些術語都可以互換使用。
如果走線中的線路延遲遠長于在走線上傳輸的數字信號的上升時間，那么走線將起到傳輸線的作用。對于模擬信號，上升時間為信號振蕩周期的四分之一。在這兩種情況下，每一端的走線和組件都需要阻抗匹配，以防止出現各種信號完整性問題。
輸電線路
在線傳輸線計算器
如果您想要一種快速而骯臟的方法來設計具有特定阻抗值的走線，您可以使用在線傳輸線計算器。該工具可以計算多個關鍵參數，例如單位長度，用于描述不同排列的走線，包括微帶線、嵌入式微帶線和帶狀線走線。
您將開始注意到的一件事是，大多數在線傳輸線計算器完全忽略了傳輸線阻抗的頻率依賴性。實際上，由于頻率存在影響，并且該影響更明顯取決于系統中的電阻、電容、電感和電導。
低頻信號遇到的阻抗往往比高頻阻抗對頻率變化更敏感。一些在線傳輸線計算器并不總是允許您探索低頻下的阻抗，它們通常假設您在高頻下工作。
在非常高的頻率下，如 RF 應用中使用的頻率，這種頻率依賴性會飽和到一個恒定值。因此，大多數在線計算器都假設您的工作頻率足夠高，可以忽略這種依賴性。
傳輸線計算器的一個重要輸出是有效介電常數。該參數取決于走線的尺寸，以及導體和基板介電常數之間的對比。該參數與光纖中的有效折射率起著相同的作用，因為它決定了信號沿傳輸線傳播的速度。
這是在線傳輸線計算器也很有用的地方。獲得有效介電常數后，您可以使用它來計算走線中的線路延遲。在計算線路延遲并將其與您的信號上升時間進行比較后，您將得到關于您的走線是否真正作為傳輸線路運行的答案。
SPICE 仿真和傳輸線
SPICE 模擬器可用于檢查 PCB 中的信號完整性問題，尤其是在高速、高頻、HDI和低電流應用中。并非所有 SPICE 仿真都會直接返回傳輸線的阻抗值；它們將允許您診斷由走線和組件之間的阻抗不匹配引起的信號完整性問題。在線和桌面設計軟件包可讓您訪問 SPICE 仿真。
由于金屬元素被基板電介質隔開，所有 PCB 都有一些寄生電容和電感。使用 SPICE 仿真時，必須通過在等效電路模型中添加串聯電容器和電感器以及并聯位置來模擬寄生阻抗的影響。
典型的 SPICE 仿真不直接包括這一點，您必須在關鍵點添加電感器和電容器以考慮寄生電抗。更高級的 SPICE 模擬器直接考慮了這一點。寄生電容和電感可以直接根據 PCB 基板的介電常數和板上導體的排列來計算。
一個好的 SPICE 模型的輸出是有用的，因為它允許您可視化諸如振鈴、地彈、由于傳播延遲導致的信號失配，甚至噪聲耦合等問題。在制造之前診斷這些信號問題可以幫助您避免訂購一批有缺陷的電路板。
此輸出通常顯示在電壓（或電流）與時間的關系圖上。這種類型的輸出讓您可以比較輸入和輸出信號強度、傳播延遲和信號完整性。在頻域中工作時，您可以看到定義輸入和輸出信號之間關系的傳遞函數。