關(guān)于你的PCB走線長度：多長才算太長？

偶爾，我會從讀者那里得到一個問題，激起我的興趣，最后引發(fā)一場激烈的辯論、研究或問答環(huán)節(jié)。最近我收到的一個問題涉及PCB走線長度、信號標(biāo)準(zhǔn)和組件規(guī)格。下面是一個釋義的問題：

這總是一個有趣的問題，因為它可以從多個角度來解決。在這種情況下，組件在標(biāo)準(zhǔn)層壓板上高速運(yùn)行在PCIe上（在帶寬的高端，Dk~4和Df~0.02）。不難看出，問題在于增加從邊緣連接器到接收器的跡線長度，以及組件是否能夠容忍增加的距離，并且仍然在信道中恢復(fù)信號。

您將如何著手調(diào)查在這個通道中您可以容忍的最大PCB跟蹤長度？事實上，由于多種原因，任何信令標(biāo)準(zhǔn)都沒有一個最大PCB跟蹤長度值。相反，我們必須觀察信號傳播時信道中的損耗。在這個特別的部分，答案是相當(dāng)令人驚訝的。繼續(xù)閱讀以了解更多。

兩個元件之間可以放置的最大PCB跟蹤長度取決于多個因素。其中包括：

• 信號協(xié)議：信令標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了互連設(shè)計應(yīng)達(dá)到的最低性能水平。這些需求并不能保證設(shè)計能夠工作，但它們確實為您提供了一個基線，可以用于設(shè)計目標(biāo)。

• 組件規(guī)格：有些組件可以滿足信令標(biāo)準(zhǔn)中的要求，但這仍然不能保證信道正常工作。

• PCB層壓板和損耗：所有損失PCB層壓板會降低信號幅度并產(chǎn)生失真，因此在確定跡線長度時需要包括這些損耗源。

• 傾斜和相位失真：在某些情況下，由于光纖編織效應(yīng)，斜交會累積，這取決于路由路徑。這在占據(jù)~20ghz和更高頻率的信號部分中是最有問題的信號中的相位失真 .

考慮到所有這些，讓我們看看損失在英吉利海峽的累積情況。下圖顯示了我們所考慮的示例信道中的總損耗。這些損失中有一部分是沿著痕跡的長度集中起來的。不管損耗來自何處，我們只需將它們加起來，以分貝為單位，如果愿意，我們可以將其轉(zhuǎn)換回十進(jìn)制衰減值。

這里的重點是：我不在乎這些損失是從哪里來的，它們加在一起會限制到達(dá)接收器的功率。因為信號在變得不可恢復(fù)之前只能承受這么大的損失全損將PCB跟蹤長度限制為某個最大值。

沿單個記錄道的插入損耗（以dB為單位）取決于長度，并與傳播常數(shù)的長度和實部有關(guān)：

只要你知道傳播常數(shù)和互連長度，你就知道總損耗；它只是插入損耗加上沿著互連的每個接口的回波損耗。如果需要，您可以翻轉(zhuǎn)插入損耗的關(guān)系，并確定可接受的損耗和最大跟蹤長度（只要您可以確定傳播常數(shù)）。

讓我們回到最初的問題上來。在這個交換中，接收器組件以時間來指定最大PCB跟蹤長度，而不是以損失預(yù)算或字面跟蹤長度來指定。換句話說，他們假設(shè)你知道群/相速度（或傳播延遲）對于在互連上傳輸?shù)男盘?。如果你知道分散，那么你就知道你必須這樣做PCB跟蹤長度匹配與頻率因為信號的速度隨頻率變化。

無論您看到指定的特定長度還是指定的時間，這兩個值都將僅適用于特定的PCB層壓板和跟蹤幾何圖形。如果使用不同的PCB層壓材料或跡線幾何體，則長度值不再有效，因為沿該跡線長度經(jīng)歷的損耗將不同。在這種情況下，您需要使用與互連上的最大損耗相對應(yīng)的傳播常數(shù)將指定的最大PCB跟蹤長度轉(zhuǎn)換為新的跟蹤長度。您可以使用以下比率：

哪里γ 是信號的傳播常數(shù)，L是長度值。在這里，我得到了γ 這告訴我們沿互連的損耗。如果你看看上面的第一個等式，你應(yīng)該很容易看到左手邊只是一個損失預(yù)算。將這些值與傳播常數(shù)的適當(dāng)值一起使用，可以得到新的最大PCB跟蹤長度。

在設(shè)計級別可以采取一些步驟來增加允許的跡線長度，以防止過度損耗：

• 使用低損耗材料，如聚四氟乙烯層壓材料

• 選擇損耗更低的連接器

• 移除多余的過孔和背刺鉆

• 嘗試修改軌跡幾何體，使其具有較低的損耗

如果給了互連的時間或長度約束，則只需要新舊互連的傳播常數(shù)來確定新的長度。如果您使用的是Altium Designer，您可以使用Layer Stack Manager來計算阻抗控制網(wǎng)絡(luò)的傳播延遲，并且可以使用它來設(shè)置相關(guān)網(wǎng)絡(luò)類的跟蹤長度限制。