PCB抄板/设计原理图制成PCB板的过程经验（2） 集成电路, 电路板, 光纤网, 时间短, 信号线

yuyang911220

四、对布线的考虑
随着OTNI和星形光纤网的设计完成，以后会有更多的100MHz以上的具有高速信号线的板子需要设计，这里将介绍高速线的一些基本概念。

1.传输线
印制电路板上的任何一条“长”的信号通路都可以视为一种传输线。如果该线的传输延迟时间比信号上升时间短得多，那么信号上升期间所产主的反射都将被 淹没。不再呈现过冲、反冲和振铃，对现时大多数的MOS电路来说，由于上升时间对线传输延迟时间之比大得多，所以走线可长以米计而无信号失真。而对于速度 较快的逻辑电路，特别是超高速ECL集成电路来说，由于边沿速度的增快，若无其它措施，走线的长度必须大大缩短，以保持信号的完整性。

有两种方法能使高速电路在相对长的线上工作而无严重的波形失真，TTL对快速下降边沿采用肖特基二极管箝位方法，使过冲量被箝制在比地电位低一个二 极管压降的电平上，这就减少了后面的反冲幅度，较慢的上升边缘允许有过冲，但它被在电平“H”状态下电路的相对高的输出阻抗(50～80Ω)所衰减。此 外，由于电平“H”状态的抗扰度较大，使反冲问题并不十分突出，对HCT系列的器件，若采用肖特基二极管箝位和串联电阻端接方法相结合，其改善的效果将会 更加明显。

当沿信号线有扇出时，在较高的位速率和较快的边沿速率下，上述介绍的TTL整形方法显得有些不足。因为线中存在着反射波，它们在高位速率下将趋于合 成，从而引起信号严重失真和抗干扰能力降低。因此，为了解决反射问题，在ECL系统中通常使用另外一种方法：线阻抗匹配法。用这种方法能使反射受到控制， 信号的完整性得到保证。

严格他说，对于有较慢边沿速度的常规TTL和CMOS器件来说，传输线并不是十分需要的。对有较快边沿速度的高速ECL器件，传输线也不总是需要的。但是当使用传输线时，它们具有能预测连线时延和通过阻抗匹配来控制反射和振荡的优点。

1、决定是否采用传输线的基本因素有以下五个。它们是：

(1)系统信号的沿速率，
(2)连线距离
(3)容性负载(扇出的多少)，
(4)电阻性负载(线的端接方式);
(5)允许的反冲和过冲百分比(交流抗扰度的降低程度)。

2.传输线的几种类型
(1) 同轴电缆和双绞线：它们经常用在系统与系统之间的连接。同轴电缆的特性阻抗通常有50Ω和75Ω，双绞线通常为110Ω。
(2)印制板上的微带线

微带线是一根带状导(信号线)。与地平面之间用一种电介质隔离开。如果线的厚度、宽度以及与地平面之间的距离是可控制的，则它的特性阻抗也是可以控制的。

(3)印制板中的带状线
带状线是一条置于两层导电平面之间的电介质中间的铜带线。如果线的厚度和宽度、介质的介电常数以及两层导电平面间的距离是可控的，那么线的特性阻抗也是可控的。

同样，单位长度带状线的传输延迟时间与线的宽度或间距是无关的;仅取决于所用介质的相对介电常数。

3.端接传输线
在一条线的接收端用一个与线特性阻抗相等的电阻端接，则称该传输线为并联端接线。它主要是为了获得最好的电性能，包括驱动分布负载而采用的。

有时为了节省电源消耗，对端接的电阻上再串接一个104电容形成交流端接电路，它能有效地降低直流损耗。

在驱动器和传输线之间串接一个电阻，而线的终端不再接端接电阻，这种端接方法称之为串联端接。较长线上的过冲和振铃可用串联阻尼或串联端接技术来控 制。串联阻尼是利用一个与驱动门输出端串联的小电阻(一般为10～75Ω)来实现的。这种阻尼方法适合与特性阻抗来受控制的线相联用(如底板布线，无地平 面的电路板和大多数绕接线等。

串联端接时串联电阻的值与电路(驱动门)输出阻抗之和等于传输线的特性阻抗。串联联端接线存在着只能在终端使用集总负载和传输延迟时间较长的缺点。但是，这可以通过使用多余串联端接传输线的方法加以克服。

4.非端接传输线
如果线延迟时间比信号上升时间短得多，可以在不用串联端接或并联端接的情况下使用传输线，如果一根非端接线的双程延迟(信号在传输线上往返一次的时间)比脉冲信号的上升时间短，那么由于非端接所引起的反冲大约是逻辑摆幅的15%。最大开路线长度近似为：

Lmax
式中：tr为上升时间
tpd为单位线长的传输延迟时间

5.几种端接方式的比较
并联端接线和串联端接线都各有优点，究竟用哪一种，还是两种都用，这要看设计者的爱好和系统的要求而定。并联端接线的主要优点是系统速度快和信号在 线上传输完整无失真。长线上的负载既不会影响驱动长线的驱动门的传输延迟时间，又不会影响它的信号边沿速度，但将使信号沿该长线的传输延迟时间增大。在驱 动大扇出时，负载可经分支短线沿线分布，而不象串联端接中那样必须把负载集总在线的终端。

串联端接方法使电路有驱动几条平行负载线的能力，串联端接线由于容性负载所引起的延迟时间增量约比相应并联端接线的大一倍，而短线则因容性负载使边 沿速度放慢和驱动门延迟时间增大，但是，串联端接线的串扰比并联端接线的要小，其主要原因是沿串联端接线传送的信号幅度仅仅是二分之一的逻辑摆幅，因而开 关电流也只有并联端接的开关电流的一半，信号能量小串扰也就小。