信号在PCB板中传输速度，时延与反射

若华

信号在PCB板中传输速度，时延与反射

                                      若华

一些人可能通常认为信号在PCB中的传输速度是恒定的3*108m/s。事实是信号在不同的板材的PCB中传输速度不同。

而信号传输速度的不同导致信号在相同长度的传输线中传输延时不同。传输延时的大小和信号跳变沿时间的大小关系决定信号传输过程中是否会发生反射以及发生何种反射。

对于某种特定的工艺的芯片，不同长度的信号线可以看做传输线。

电信号在真空中传输速度为3*108m/s，即为11.8inch/ns。在其他介质中，不同的介电常数传输速度不同。假设介电常数为ε，则传输速度为11.8/file:///C:\DOCUME~1\ADMINI~1\LOCALS~1\Temp\ksohtml\wps_clip_image-17441.png。一般FR4介电常数为4，其传输速度为5.9inch/ns。

信号源产生一定能量的信号，通过具有一定阻抗的线到达负载。若负载阻抗和信号源阻抗相等则能量全部被负载吸收；否则负载部分吸收能量，那剩下的一部分能量发射回信号源。

负载端的信号波形可以看作是信号源产生的原始信号和反射信号的叠加效果。但是反射的波形什么样呢?

信号传输有其本身的跳变时间（即上升沿或者下降沿时间）Tp，信号在反射过程中需要一定的延迟时间file:///C:\DOCUME~1\ADMINI~1\LOCALS~1\Temp\ksohtml\wps_clip_image-1894.png。若跳变时间Tp远大于传输延迟时间file:///C:\DOCUME~1\ADMINI~1\LOCALS~1\Temp\ksohtml\wps_clip_image-7560.png，即近似认为传输不需要时间，此时信号源输出信号几乎未改变（实际上只改变一点），反射信号就叠加在输出信号上了，如此使负载端产生较大的尖脉冲信号，即为过冲。若跳变时间Tp远小于于传输延迟时间file:///C:\DOCUME~1\ADMINI~1\LOCALS~1\Temp\ksohtml\wps_clip_image-9535.png，即信号反射回信号源需要很长的时间，此时信号源输出已经发生很大变化。信号源补充反射，使负载端产生振铃。

上述的传输时延file:///C:\DOCUME~1\ADMINI~1\LOCALS~1\Temp\ksohtml\wps_clip_image-12794.png又是由线的长度和传输速度决定的。而在一定的板材中传输速度一定的情况下，传输延时file:///C:\DOCUME~1\ADMINI~1\LOCALS~1\Temp\ksohtml\wps_clip_image-22938.png和线长度成正比。信号线足够长以至于产生反射的时候，信号线就被看做为传输线。一般认为Tp远小于4file:///C:\DOCUME~1\ADMINI~1\LOCALS~1\Temp\ksohtml\wps_clip_image-3318.png时候信号线被看成是传输线。

目前工艺生产的器件跳变沿时间从5ns到1ns，甚至更小。如下给出Tp=4file:///C:\DOCUME~1\ADMINI~1\LOCALS~1\Temp\ksohtml\wps_clip_image-31004.png时信号线长度。当大于该长度时信号线被看成传输线。

file:///C:\DOCUME~1\ADMINI~1\LOCALS~1\Temp\ksohtml\wps_clip_image-21291.png  file:///C:\DOCUME~1\ADMINI~1\LOCALS~1\Temp\ksohtml\wps_clip_image-17516.png

如此可以发现不能绝对的说信号线多长时候可以看成是传输线。而是与器件跳变沿（或者说是芯片的工艺，所以会遇到很多新芯片反而无法在旧的产品上工作一样）和PCB板材介电常数（或者说是信号线走线环境）相关。

  

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admin

有些图片不支持黏贴进来，只能支持附件上传方式，如图：

阿伟

经验公式：V=12/根号下Er，Er为介电常数，如Er=4，那么V=12/根号下Er=12/2=6inch每纳秒