高速PCB设计学习记录(更新中)

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什么是信号反射?

一个20MHz的信号发射后经过示波器理论上只有一个波形,但是如果另一端接了一个10米电路后接地,就会出现两个波形。

因为信号走到头没地方去了就会原路返回再次被示波器捕捉到,所以会出现第二次的波形。

如果发射的是1000MHz或者1GHz的高速信号,那么只需要几厘米的电路就可以产生反射影响原始信号。


什么是阻抗?

信号的发射路径都是由 信号源 → 传输线 → 接收端。

但不管是信号源、传输线、还是接收端,其内部都有寄生的电容、电阻、电感,他们都会对高速信号的传输产生阻碍的作用,这就是阻抗。


什么是阻抗匹配?

在高速信号的传输过程中,如果相邻部分的阻抗不匹配,信号就会在接触点发生反射(可以理解为光在不同介质中传播时产生的反射,介质的折射率越高,光的反射越强烈。可以将高速信号理解为光,将相邻部分的阻抗差值理解为折射率)。

为了避免反射信号影响原始信号,我们需要让每个相邻部分的阻抗一致,也就是阻抗匹配。


如何做到阻抗匹配?

一般情况下,信号源和接收端的阻抗由生产厂家定义。比如USB是差分90Ω,SD是单端50Ω。

我们需要做的就是在发射端和接收端之间画出指定阻抗的导线,来做到阻抗匹配。

但是想画出指定阻抗的导线没那么容易,不同PCB板厂的规格也不同。我使用的是嘉立创,所以要参考嘉立创的规格,嘉立创提供了一个导线阻抗计算工具。

https://tools.jlc.com/jlcTools/index.html#/impedanceCalculatenew

该工具通过你输入的板子类型、层数、厚度、阻抗需求等参数,设计出指定宽度的导线,使用该宽度的导线走线就可以使导线阻抗达到你的要求。


混淆点:影响阻抗的因素有哪些?影响反射的因素有哪些?

需要注意的是,阻抗大小跟导线长度无关,但是跟板子类型、层数、厚度、导线宽度等很多种因素都有关。

注意这里有个混淆点,就是阻抗大小跟导线长度无关,是否需要考虑反射造成的影响才跟导线长度有关。

反射的诱因是阻抗不匹配,是否需要考虑反射现象、反射对波形的影响程度,由导线电长度(物理长度 + 信号频率)决定

也就是说如果高速信号在几微米的距离上传输的话,哪怕阻抗不匹配也是不用考虑反射的,因为影响微乎其微,但是如果上升到几厘米的导线长度了,那反射影响就很大了,就必须做到阻抗匹配。


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