4.2 设计印制电路板的基本知识

       4.2.1 印制线的波阻抗
       印制电路线的阻抗是一项重要参数，因为他经常是公共阻抗耦合的问题起源；同时也是完成电路功能所需要的。印制线阻抗主要由单位长度的电感、电容决定；而决定高频传输特性的主要因素是阻抗和时延。

        印制电路线有两种基本类型即微带线(Mircostrip)和微带波导(Stripline)。微带线指的是印制板的最外层线条，虽可高速传输（因电容小），但工作时会辐射。微带波导指的是印制板上的两个实心层之间的线条，两层之间为绝缘材料，如地层与电源层之间的线条，虽抑止噪声性能好，但会使快速信号的边沿速率下降（因电容大）。

       为了完成电路的功能需要，印制线的波阻就变得非常重要，如时钟要求在整个工作路径上维持一个常值阻抗，通常为55~75Ω(±10%)，开关速度越高对负载阻抗的要求也越高；又如时钟驱动器要求的串联阻抗典型值为10~33Ω；末终端的信号线必需符合终端的波阻抗值，否则会发生脉冲沿的抖动。

         1 微带线波阻抗
         图4.3是一根微带线结构图，传输参数提供如下：
表面式：                                         
                          (1)
埋入式：                                         
                          (2)

纳秒/呎        (3)
                           (4)
                           (5)
式中：Z0=线条的特性阻抗，W=线条宽度，T=线条厚度，H=线条到参考面的距离，B=介质厚度

         2 微带波导波阻抗
单线条：                                         
                           (6)
双线条：                                         
                           (7)

  3 印制线的其他有关设计公式

         高频传输的印制线条接入容性负载后会对印制线条的波阻抗、延迟有较大影响，特别对总线结构的电路往往是考虑的关键因素。不考虑印制线条衰减时采用以下参数：
设计时应考虑的带宽：
                         (8)
式中：tr =时钟信号上升沿时间
时延和电容负载的影响：                                          
                         (9)
                          (10)
式中：Cd =电容负载
传输线参数的转换关系：                                    
                         (11)                
                           (12)
                         (13)
                          (14)
无需考虑寄生电感线传输效应的最大限度：
微带式  lmax=9×tr             (15)
带线波导 lmax=9×tr          (16)

       4 无源元件高频等效电路的建模

       为了预测印制电路板电磁兼容设计的效果，一般设法建立PCB寄生参数的模型，其中有采用部分元件等效电路法(PEEC)，PEEC的主导思路是用L、R、C的集中参数来等效PCB电路，使该电路可以直接使用电路仿真软件获得各个节点的电流和电压波形。对于直流型PCB，若内部电流分布均匀的话，L、M、R的值只与导体的几何形状有关；当内部电流分布不均匀时，可以再将导体分割为更小的、电流分布更均匀的单元，这时可以采用以下的计算公式：
                                (17)
                                (18)
                                 (19)

        下面表4.1给出各种印制线宽度、厚度和长度的阻抗值随频率的变化。
        表4.1把两根印制线看成是传输线。表中有三种印制导线对配置，表示不同配置的印制导线对的特性阻抗随几何形状的变化。表中第一种配置是，电源线和回线位于板相对的上下两面上或者使用改进的电源母线分配方案，他们是可以实现的。第二种配置表示地平面上的一根导线的特性阻抗（如在多层印制电路板中那样）。第三种配置表示并排的印制线阻抗，这是一种给出最高阻抗值的布局。