传输线模型、反射与串扰简析

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。