信号完整性:传输电缆有多长?
2023-04-19

这与信号的传播速度有关,在FR4板上的铜缆中为6in/ns。简单的说,只要信号在走线上的往返时间大于信号的上升时间,PCB上的走线就应该作为传输线来处理。


让我们看看当信号经过很长的走线时会发生什么。假设有一条60英寸长的PCB走线,返回路径是PCB板内层靠近信号线的地平面,信号线和地平面在远端开路。


信号在这条走线上向前传播,传输到走线末端需要 10ns,返回源头需要 10ns,因此总往返时间为 20ns。如果把上面的信号往返路径看成一个普通的电流回路,返回路径上应该没有电流,因为它在远端是开路的。然而,情况并非如此,返回路径在信号打开后的初始时间段内有电流。


向该电缆添加一个上升时间为 1ns 的信号。在最初的 1ns 时间内,信号仅在电缆上传播了 6 英寸。不知道远端是开路还是短路,所以感觉信号阻抗多大?好的?如果把信号往返路径看成是普通的电流回路,就会产生矛盾,所以必须把它看成是传输电缆。


实际上,信号走线和返回地平面之间存在寄生电容。当信号正向传播时,A点电压不连续变化。对于寄生电容,变化的电压意味着产生电流。因此,信号感受到的阻抗就是电容呈现的阻抗,寄生电容构成了电流回流的通路。在信号向前传播的每个点,它都会经历一个阻抗,该阻抗是由对寄生电容施加变化的电压产生的,通常称为传输电缆的瞬态阻抗。


当信号到达远端时,远端电压上升到信号的终止电压,电压不再变化。虽然寄生电容依然存在,但没有电压变化,电容相当于开路,对应直流情况。


因此,此信号路径的短期性能与长期性能不同。在最初的短期内,表现是传输电缆。即使在传输电缆的远端开路,在信号传输期间,传输电缆的前端也会表现得像一个有限值电阻器。


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