信号传输线及其特征阻抗解析

3、信号传输线的布设

3.1信号传输线的长度越短越好
根据信号"传输线"的定义，信号线布设得很短，使其长度小于1/7传输信号波长，便可消除传输信号被"反射"信号而削弱问题。或者说，信号线布设，其长度短到小于1/7传输信号波长，则其布设的导线便可按普通线处理。
如何使信号线布设得更短呢！除了高频的元件合理布设外，应在PCB板上的互连结构上下工夫，如采用埋/盲孔、盘内孔（hole in pad）、叠孔和HDI/BUM等结构来缩短走线。 

3.2、高密度布线，介质层越薄，串扰越小
介质层越厚，电磁交叉感应越强，串扰越严重！
介质层要薄，必须选择低εr材料。

3.3、采用非平行走线
密集的平行走线将带来更大的电感与电容，从而产生更大的串扰，也是产生杂音的
原因之一。应采用： 

⑴相邻的导线层之间互为直角布设；
⑵同一层上采用阶梯式斜向（45度）布设；
⑶通过导通孔的绞线布设。

3.4、采用差分传输线
采用差分传输线可以明显减小传输线的干扰，这在高频和高速数字的信号传输中非常重要。
⑴差分传输线可以明显减小传输线中信号的干扰，提高传输信号的完整性，这是PCB设计者所熟悉的。但是，不同差分传输线减小干扰信号的程度是不同的。为了减小对传输信号的"共模"干扰，采用的差分传输线，主要应做到如下四个 ：

（一）形状和长度相同，做到"共模"拐角，即不要使形状和长度不相同而引起"共模"干扰；

（二）由直角改为45度角，实验表明，其"共模"干扰可降低50%；

（三）采用补偿 电容，如在  拐角的短线加一个合适的电容，可降低干扰；

（四）形成双绞方式差分传输线。

⑵双绞差分传输线。采用通孔在不同层之间来形成双绞差分传输线是目前最有效地降低干扰信号的方法。
①有偏位（移）双绞差分传输线。又可称为常规双绞差分传输线。
②没有偏位（移）双绞差分传输线。可获得较好的降低信号干扰。
 
4、特性阻抗值Z0对基板（CCL）材料的要求
从Z0 ={87/（εr+1.41）1/2 }ln{5.98H/(0.8W+T)}公式中可以看出：影响特性阻抗值Z0的主要因素：

（一）介电常数εr；

（二）介质层厚度H；

（三）信号传输线的宽度W；

（四）信号传输线的厚度。这些表明：特性阻抗值Z0与基板材料是息息相关着。实验也表明，影响特性阻抗值Z0从大到小是9（二）、（三）、（一）、（五）顺序排列的。

4.1介电常数εr对特性阻抗值Z0的影响
 ⑴介电常数εr影响着信号的传输速度。
信号的传输速度是随着介电常数εr的增加而下降。根据电磁波理论中的马克斯威尔公式，即： Vs=c/(εr)1/2

表1

⑵介电常数εr的大小是复合材料的"加权和"。这就是说，介电常数εr的大小是与介质层的组成、结构（复合组成与结构）有关。如FR-4材料中，由于采用E-玻纤布的结构（如7628、2116、1080、106等）不同，其树脂含量是不同的，因此，其介电常数εr值是不一样的。对于严格控制特性阻抗值Z0来说，PCB设计和制造都应该了解和加以计算，才能获得更精准的控制与结果。

⑶εr值变动的大小比其它因素影响大，位居第三位。介电常数εr对特性阻抗值Z0的影响可以从Z0的公式中看出来：

Z0 ={87/（εr+1.41）1/2 }ln{5.98H/(0.8W+T)}
显然，介电常数εr值越小，Z0值越大，εr值变动的大小影响大，应加以认真控制。

4.2、介质厚度对特性阻抗值Z0的影响

⑴从Z0的公式中可看出，Z0的值是与介质厚度H的自然对数成正比的。
⑵在相同的厚度下，微带线有较大的Z0值。
⑶厚度偏差对Z0值的影响是处于第一位的，因此必须很好控制介质层的厚度。但由于厚度偏差主要是由CCL制造商，其次是PCB制造者（多层压板）来控制的，一般偏差可控制在较小的范围内。

4.3、导线厚度对特性阻抗值Z0的影响

⑴从Z0的公式中可看出，Z0的值是随着导线厚度T的减少而增加着。
⑵在相同的厚度下，微带线有较大的Z0值。
⑶厚度偏差对Z0值的影响是最小的。

4.4、导线宽度对特性阻抗值Z0的影响

⑴从Z0的公式中可看出，Z0的值是随着导线宽度W的下降而增加。
①计算与实验表明，导线宽度W对特性阻抗值Z0的影响是最大的。
②导线宽度W是PCB生产最难控制的，也是最需要进行控制的。

⑵导线宽度偏差控制的意义。
导线宽度偏差控制的意义，在某种程度上是控制了PCB（OEM设计）的特性阻抗值Z0的范围。因为选定CCL材料和完成PCB设计之后，这意味着：
①介电常数εr值、介质厚度H值和导线厚度T值等基本不变，或变动不大；
②导线宽度偏差最大，也最难控制，因为制造过程长、影响多。
③导线较长又是用来传输信号的，导线宽度偏差是影响特性阻抗值Z0的最大因素。
所以，导线宽度偏差值的控制是当今HDI/BUM板的关键技术。