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高速PCB走线长度确定

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本文是个人的学习记录，多学原视频大佬的分析：

1：定性分析

关于电路板设计的经验规则很多，其中走线要尽量短，是一条人人都知道的规则。几乎每本教电路板设计的书教材、数据手册、设计指南文档等等都能找得到。实际操作起来就不得不面临计算取舍的问题，究竟多短才算短。

2：定量分析

实际上PCP走线的长短是否影响信号，取决于信号的频率。这时候就得考虑走线长度、宽度以及介质等因素对信号的影响。

2.1：短波长

如图1所示：当导线长度较短时，在信号传输的过程中，导线两端的信号同一时刻的电压相差很小。也就是说信号传导的时间很短，两端信号的相位几乎相同。

图1 短走线

2.2：长波长

如图2所示：当导线长度与信号波长相比差不多时，在信号传输过程中，导线两端的信号同一时刻电压差别很大，或者说相位差别很大。这种情况下就不能忽视导线的长度了。因为较长，导线中的信号传导除了传导时间较长外，还有一个重要问题就是阻抗不连续的地方会发生反射。反射波与入射波在较长的传导路径上会叠加结果，使信号波形发生明显改变，出现过冲振铃等等，严重时甚至产生驻波。

2.3：长度计算→公式1

对于一条长度为L的信号线，当$L≤ \frac {λ}{10} $时，可以认为它足够短，而不考虑它的长度影响。比如信号频率为$100MHz$，波长3000毫米，假如线长100毫米，就可以认为走线长度足够短了。如果频率为$1GHz$，兰姆达等于300毫米，那么这条线就算长了。

2.4: 长度计算→公式2

对于方波信号，由于它的高次谐波分量很多，应使用“ 信号的上升时间 “与“ 导线中传导的时间 ”来评估。

在导线上传导的时间为$T_{p}$。信号的上升时间为$T_{R}$,如果$T_{P}>\frac{T_{R}}{10}$，则认为信号线过长，否则认为足够短。

3：总结

还有一个问题需要面对。由于受到电路板布局的限制，比如输出接口，你只能放置在电路板的周边，这样你不可能保证所有的走线都符合最短原则，走线长了怎么处理？走线的长度与信号波长相比差不多或者更长时，就需要以传输线来看待，注意以下问题。

阻抗匹配：避免线上的阻抗不连续，以减小信号反射。常见的信号走线，比如USBHDMI、以太网等等，都有标准规定数据线的阻抗，比如差分阻抗，90欧正-10%或者100欧正-10%。对于高速差分数据线和同步数据总线，还有走线长度匹配误差的要求，这也与信号频率有关。
比如以太网数据线时钟为$1GHz$时，正负两条数据线的长度误差要控制在20秒以内。普通没有标准可循的高频信号线，可以按照100欧或者50欧来设计。
反过来看，一些标准的高频数据总线，只要走线足够短，不按传输线布线处理也是没有问题的。比如常见的在双面板上的那些USB数据线。