對于PCB上線條的臨界長度這個概念可能聽了還是非常模糊,甚至很多人根本不知道這個概念,如果你設計高速電路板卻不知道這個概念,那可以肯定,最終做出的電路板很可能無法穩定工作,而你卻一頭霧水,無從下手調試。
臨界長度在業界說法很混亂,有人說3英寸,有人說1英寸,我還聽說過很多其他的說法,多數是因為對這個概念理解有誤造成的。很多人說,奧,走線太長會引起信號反射,走線很短的話不會產生反射。這種說法是非常錯誤的,把好幾個概念像攪漿糊一樣混在一起。那么臨界長度到底是什么,是多少,為什么要關注臨界長度?
理解臨界長度的最好方法就是從時間角度來分析。信號在pcb走線上傳輸需要一定的時間,普通FR4板材上傳輸時間約為每納秒6英寸,
當然表層走線和內層走線速度稍有差別。當走線上存在阻抗突變就會發生信號反射,這和走線長度無關。但是,如果走線很短,在源端信號還沒上升到高電平時,反射信號就已經回到源端,那么發射信號就被淹沒在上升沿中,信號波形沒有太大的改變。走線如果很長,發射端信號已經到達高電平,反射信號才到達源端,那么反射信號就會疊加在高電平位置,從而造成干擾。那么走線長度就有一個臨界值,大于這個值,返回信號疊加在高電平處,小于這個值反射信號被上升沿淹沒。這個臨界值就是臨界長度,注意,這種定義非常不準確,因為只考慮了一次反射情況,這里只是為了理解概念需要,暫時這樣說。
那么準確的定義是什么?實際中反射都是發生多次的,雖然第一次信號反射回到源端的時間小于信號上升沿時間,但是后面的多次反射還會疊加在高電平位置,對信號波形造成干擾。那么,臨界長度的合理定義應該是:能把反射信號的干擾控制在可容忍的范圍內的走線長度。這一長度上的信號往返時間要比信號上升時間小很多。試驗中發現的經驗數據為,當信號在pcb走線上的時延高于信號上升沿的20%時,信號會產生明顯的振鈴。對于上升時間為1ns的方波信號來說,pcb走線長度為0.2*6=1.2inch以上時,信號就會有嚴重的振鈴。所以臨界長度就是1.2inch,大約3cm。信號上升時間在高速設計中占有非常重要地位。
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原文標題:【小知識】如何理解臨界長度
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