为什么PCB走线中避免出现直角?直角走线真的那么可怕吗?

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PCB设计中应避免产生锐角和直角,产生不必要的辐射,同时工艺性能也不好。——这是PCB布线基本规则中的“倒角规则”。通常,我们都会多次强调直角走线是PCB布线中要求尽量避免的情况,而这也几乎成为衡量布线好坏的标准之一。那么,直角走线究竟会对信号传输产生多大的影响呢?

倒角规则

倒角规则

直角走线的对信号的影响

直角走线的对信号的影响就是主要体现在三个方面:

一是拐角可以等效为传输线上的容性负载,减缓上升时间;

二是阻抗不连续会造成信号的反射;

三是直角尖端产生的EMI。

一、直角走线的电容效应

传输线的直角带来的寄生电容可以由下面这个经验公式来计算:

C=61W(Er)1/2/Z0

在上式中,C就是指拐角的等效电容(单位:pF),W指走线的宽度(单位:inch),εr指介质的介电常数,Z0就是传输线的特征阻抗。

举个例子,对于一个4Mils的50欧姆传输线(εr为4.3)来说,一个直角带来的电容量大概为0.0101pF,进而可以估算由此引起的上升时间变化量:

T10-90%=2.2*C*Z0/2 = 2.2*0.0101*50/2 = 0.556ps

通过计算可以看出,直角走线带来的电容效应是极其微小的。

二、阻抗不连续造成信号的反射

从原理上说,锐角、直角走线会使传输线的线宽发生变化,造成阻抗的不连续。阻抗不连续就会反射。

由于直角走线的线宽增加,该处的阻抗将减小,于是会产生一定的信号反射现象,我们可以根据阻抗计算公式来算出线宽增加后的等效阻抗,然后根据经验公式计算反射系数:ρ=(Zs-Z0)/(Zs+Z0),一般直角走线导致的阻抗变化在7%-20%之间,因而反射系数最大为0.1左右。

事实上,不光是直角走线,顿角,锐角走线都可能会造成阻抗变化的情况,所以理论上最好的拐角方式是圆弧,但是一般设计中我们都是使用45°/135°拐角,圆弧拐角一般只是出现在RF射频PCB中,要求无损传输的情况下。

图2

三、直角尖端产生的EMI

很多人对直角走线都有这样的理解,认为尖端容易发射或接收电磁波,产生EMI,这也成为许多人认为不能直角走线的理由之一。然而很多实际测试的结果显示,直角走线并不会比直线产生很明显的EMI。也许目前的仪器性能,测试水平制约了测试的精确性,但至少说明了一个问题,直角走线的辐射已经小于仪器本身的测量误差。

总的说来,直角走线并不是想象中的那么可怕。至少在非射频及高速电路的应用中,其产生的任何诸如电容,反射,EMI等效应在TDR测试中几乎体现不出来,高速PCB设计工程师的重点还是应该放在布局,电源/地设计,走线设计,过孔等其他方面。

当然,尽管直角走线带来的影响不是很严重,但并不是说我们以后都可以走直角线,注意细节是每个优秀工程师必备的基本素质,而且,随着数字电路的飞速发展,PCB工程师处理的信号频率也会不断提高,到10GHz以上的RF设计领域,这些小小的直角都可能成为高速问题的重点对象。

文章转载自:快点PCB

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