Ms.huang 发表于 2025-4-3 12:18:32

传输线模型、反射与串扰简析

本帖最后由 Ms.huang 于 2025-4-3 12:18 编辑

一、传输线基础
1、定义与适用条件
当PCB布线长度超过信号波长的1/20或信号传输延迟超过上升时间的1/6时,需视为传输线。
主要类型:微带线(表层走线,单参考平面)、带状线(内层走线,双参考平面)、嵌入式微带线。
2、关键参数


二、信号反射及抑制
1、反射成因

[*]阻抗不连续(如负载、过孔、连接器)。
[*]数字信号表现为振铃、过冲(>0.7V需处理),模拟信号形成驻波。
2、影响

[*]信号完整性:逻辑错误、时序抖动。
[*]EMC风险:过冲与振铃为EMI主要来源,可能损坏保护电路。
3、抑制方法
端接技术:并联端接(负载端匹配)、戴维南端接、源端串联匹配。
布局优化:避免直角拐角,保持阻抗连续性。

三、串扰机理与抑制
1、耦合机制

[*]容性耦合:互电容(相邻导线间电场耦合)导致电场干扰。
[*]感性耦合:互感(电流变化引起互感电压)引起电压噪声。
[*]传播方向:
近端串扰(NEXT):干扰与信号同向传播;
远端串扰(FEXT):干扰与信号反向传播。2、关键影响因素

[*]信号边沿速率(速率越快,串扰越强)。
[*]导线间距与平行长度(间距↓、长度↑ → 耦合↑)。
[*]介质材料(介电常数影响电容耦合)。
[*]参考平面不连续(加剧串扰)。
3、抑制策略
布局优化:

[*]遵循3W规则(间距≥3倍线宽)。
[*]缩短平行走线,采用差分对抵消共模干扰。
屏蔽措施:

[*]关键信号两侧加地线(Guard Trace)。
[*]使用屏蔽层或覆铜。
信号调理:降低边沿速率(权衡时序需求)。

四、设计实践与验证
1、仿真验证:利用SPICE、HyperLynx等工具分析反射与串扰。
2、阻抗控制:严格计算微带线/带状线参数,确保阻抗一致性。
3、测试手段:

[*]时域反射计(TDR)检测阻抗突变。
[*]眼图分析评估信号完整性。

在高速PCB设计中,传输线效应、反射及串扰是信号完整性与EMC的核心挑战。通过合理端接、布局优化(如3W规则、差分走线)、屏蔽设计及仿真验证,可有效抑制信号失真与电磁干扰。需结合理论分析、材料特性及工程经验,实现系统级优化。



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