利用布线技巧提高嵌入式系统PCB的信号完整性
2 传输通道电气特性分析
在多层PCB中，绝大部分传输线不仅只布置在单个层面上，而是在多个层面上交错布置，各层面间通过过孔进行连接。所以，在多层PCB中，一条典型的传输通道主要包括传输线、走线拐角、过孔3个部分。在低频情况下，印制线和走线过孔可以看成普通的连接不同器件管脚的电气连接，对信号质量不会产生太大影响。但在高频情况下，印制线、拐角和过孔就不能仅考虑其连通性，还应考虑其高频时电气特性和寄生参数的影响。
2．1 高速PCB中传输线的电气特性分析
在高速PCB设计中，不可避免地要使用大量的信号连接线，且长短不一，信号经过连接线的延迟时间与信号本身的变化时间相比已经不能忽略，信号以电磁波的速度在连接线上传输，此时的连接线是带有电阻、电容、电感的复杂网络，需要用分布参数系统模型来描述，即传输线模型。传输线用于将信号从一端传输到另一端，由2条有一定长度的导线组成，一条称为信号路径，一条称为返回路径。在低频电路中，传输线的特性表现为纯电阻电气特性。在高速PCB中，随着传输信号频率的增加，导线间的容性阻抗减小，导线上感性阻抗增加，信号线将不再只表现为纯电阻，即信号将不仅在导线上传输，而且也会在导体间的介质中传播。如果信号频率进一步增加，当jωL>>R，1／(jωC)R时，导线上的感抗jωL和容抗1／(jωC)成为比电阻R更主要的因素。图1为传输线电气特性等效模型。本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/151418.htm
对于均匀导线，在不考虑外部环境变化的情况下，电阻R、传输线寄生电感L和寄生电容C平均分布(即L1=L2=…=Ln；C1=C2=…=Cn+1)。假设传输线为无损传输线，即R=0时，若取线参数：单位长度电容C1、单位长度电感量L1和传输线的总长度为Len，则有：
传输线总电容：
传输线总电感：
根据传输线的线参数和总长度，可计算传输线的特性阻抗Z0和时延TD，公式如下：
由以上公式可以明显看出，增大电容，减小电感，可以减小特性阻抗；减小传输线总长度，以及电容、电感，均可以减小信号线上的传输时延。
2．2 高速PCB中过孔的电气特性分析
过孔，通常是指印刷电路板中的一个孔，它是多层PCB设计中的一个重要因素。过孔可以用来固定安装插接元件或连通层问走线。从工艺层面来看，过孔一般分为三类：盲孔、埋孔和通孔。盲孔是指位于印刷线路板的顶层和底层表面，具有一定深度，用于表层线路与下面内层线路的连接，孔的深度与孔径通常不超过一定的比率。埋孔是指位于印刷线路板内层的连接孔，它不会延伸到线路板的表面。通孔穿过整个线路板，可用于实现层间走线互连或作为元件的安装定位孔。由于通孔在工艺上更易于实现，成本较低，所以一般印制电路板均使用通孔，而不用另外两种过孔。以下所说的过孔，均作为通孔考虑。
过孔作为一段特殊的传输线，在高速电路中，过孔不但产生对地的寄生电容，同时也存在着寄生电感，其电气特性的等效模型如图2所示。
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