傳輸路徑上的不連續(xù)性使信號(hào)遭受到破壞,。具有快速上升時(shí)間的信號(hào)與緩慢上升時(shí)間的信號(hào)相比,，其破壞性更大。因而,，高速電路板的設(shè)計(jì)需要仔細(xì)的規(guī)劃來(lái)避免與不連續(xù)性相關(guān)的問(wèn)題,。本章就與傳輸路徑相關(guān)的感性和容性不連續(xù)進(jìn)行討論。

1.1 感性不連續(xù)

       圖9為兩個(gè)不同的SMA連接器的TDR電壓圖,，SMA連接器的一邊為50Ω,，另一邊為58Ω。由于在該區(qū)域電感的增加而導(dǎo)致曲線上升,。

上一章“時(shí)間域反射計(jì)”討論了TDR電壓圖以及如何計(jì)算圖9所示的不連續(xù)點(diǎn)的電感值,。

       圖9中的兩條曲線顯示了由于SMA連接器而產(chǎn)生的兩個(gè)不同的不連續(xù)性。具有更高峰值的曲線表示連接器具有更大的感性不連續(xù)（3.8nH）,，具有更低峰值的曲線表示連接器具有更小的感性不連續(xù)（2.6nH）,。你可以利用該圖來(lái)計(jì)算這兩條曲線的不連續(xù)點(diǎn)的電感。

圖9 SMA連接器的阻抗曲線

圖9中通過(guò)兩個(gè)SMA連接器傳輸?shù)男盘?hào)速率為3.125Gbps,，信號(hào)的上升時(shí)間大約為70ps,。

圖10為當(dāng)信號(hào)通過(guò)低電感SMA連接器時(shí)的開(kāi)眼圖（eye-opening）。開(kāi)眼大小為336mV,，抖動(dòng)時(shí)間為20ps,。

圖10 低電感SMA連接器的開(kāi)眼圖以及它的放大視圖

從放大視圖（圖10）中可以更方便地讀出抖動(dòng)時(shí)間，抖動(dòng)的峰峰值大約為20ps,。

圖11為相同信號(hào)的開(kāi)眼圖,，但這次該信號(hào)通過(guò)帶3.8nH感性不連續(xù)的SMA連接器,。開(kāi)眼大小大約為332mV,。比較這兩個(gè)圖可知，圖11中的抖動(dòng)更大,。

從放大視圖（圖11）中可以更方便地讀出抖動(dòng)時(shí)間,，抖動(dòng)的峰峰值大約為24ps。

圖11 高電感SMA連接器的開(kāi)眼圖及其放大視圖

當(dāng)使用了錯(cuò)誤的連接器類(lèi)型或傳輸路徑中含有其它形式的感性不連續(xù)時(shí),，抖動(dòng)時(shí)間變長(zhǎng),，開(kāi)眼變小。對(duì)于具有快速上升時(shí)間的信號(hào)來(lái)說(shuō),，抖動(dòng)時(shí)間的增加是非常嚴(yán)重的問(wèn)題,。當(dāng)信號(hào)更加不規(guī)則時(shí),，抖動(dòng)也更顯著。

1.2 容性不連續(xù)

本節(jié)我們討論容性不連續(xù)的影響,，在傳輸路徑上引入元件時(shí)通常會(huì)發(fā)生這種情況,。

圖12中的兩個(gè)連接器為容性負(fù)載，一個(gè)作為小的容性不連續(xù),，另一個(gè)為更大的容性不連續(xù),。負(fù)載的電容量可以利用下面的等式來(lái)計(jì)算：

ρ＝RC=（Z0C/2）

計(jì)算容性負(fù)載的詳細(xì)信息，請(qǐng)參考“時(shí)間域反射計(jì)”,。

3.125Gbps信號(hào)（PRBS形式）通過(guò)圖12中帶小電容的第一個(gè)連接器,，從另一端可以觀察到開(kāi)眼大小和抖動(dòng)。

圖12 小容性和大容性負(fù)載連接器,，顯示容性不連續(xù)的影響

圖13為引入1.2pF不連續(xù)的連接器開(kāi)眼圖,。開(kāi)眼大小為330mV。其放大視圖顯示抖動(dòng)峰峰值大約為27ps,。

圖13 小電容連接器開(kāi)眼圖及其放大視圖

3.125Gbps信號(hào)以PRBS形式發(fā)送并通過(guò)圖12中帶大電容的第二個(gè)連接器,，從另一端可以觀察到開(kāi)眼大小和抖動(dòng)。

圖14為信號(hào)通過(guò)帶2.9pF電容的SMA連接器的開(kāi)眼圖,。開(kāi)眼大小大約為280mV,。其放大視圖顯示抖動(dòng)峰峰值為43ps。

圖14 大電容連接器的開(kāi)眼圖及其放大視圖

任何時(shí)候應(yīng)該避免在傳輸路徑上添加連接器和元件,。但如果必需接連接器,，那么選擇能夠在傳輸路徑上產(chǎn)生最小的電感和/或電容不連續(xù)性的連接器。當(dāng)發(fā)射現(xiàn)象在通過(guò)2.9pF和1.2pF變得非常嚴(yán)重時(shí),，抖動(dòng)和振幅會(huì)影響3.125Gbps信號(hào),。開(kāi)眼圖顯示振幅差值為50mV，其放大視圖顯示抖動(dòng)峰峰值為16ps,。

1.3 與傳輸路徑相關(guān)的不連續(xù)

在這里我們將論述一些與傳輸路徑相關(guān)的不連續(xù),，包括：

l 過(guò)孔

l 直角走線

1.3.1 過(guò)孔

在布線時(shí)應(yīng)盡可能避免過(guò)孔和電路板層的改變。因?yàn)檫^(guò)孔將使邊沿變慢,，引起反射,。過(guò)孔具有感性和容性，但容性占主導(dǎo)地位,。如果在設(shè)計(jì)中使用差分信號(hào),，就需要有過(guò)孔。而為了確保真實(shí)信號(hào)和補(bǔ)充信號(hào)經(jīng)歷相同的不連續(xù)性,，對(duì)于差分對(duì)中的每個(gè)信號(hào),，過(guò)孔必須具有相同的配置。這樣，過(guò)孔引入的不連續(xù)在信號(hào)上的任何變化都處于共模狀態(tài),。差分模式的不連續(xù)性在動(dòng)態(tài)范圍上將減小,。

與過(guò)孔相比，盲孔更貴,，更小,，不連續(xù)性也更低。盲孔不完全穿透PCB,，它是為減小過(guò)孔的不連續(xù)性而設(shè)計(jì)的,。在使用過(guò)孔時(shí)為獲得更好的性能，可以在傳輸線上串聯(lián)使用過(guò)孔,。未使用的過(guò)孔部分就好像是一個(gè)容性stub,。

圖15為一個(gè)18層的電路板。層1,，3和16是信號(hào)層,，將線從層1布到層16，而不通過(guò)層3,。如果你將線停在層3,，則未使用的過(guò)孔部分就好像是一個(gè)容性stub。

圖15 帶stub的18層電路板

當(dāng)電路板設(shè)計(jì)具有以下特性時(shí),，過(guò)孔上的容性stub的影響會(huì)更顯著：

l 信號(hào)速度更高

l 電路板更厚

l 不必要的過(guò)孔焊盤(pán)（via pads）

對(duì)于3.125Gbps信號(hào),，93mil厚的電路板與具有相同頻率的200mil厚的電路板相比，帶有的容性stub的影響更小,。因而,，過(guò)孔影響過(guò)厚的電路板的信號(hào)完整性（速率為3.125Gbps）。

如果可以,，應(yīng)避免過(guò)孔和過(guò)孔stub,，并移除過(guò)孔上所有不必要的焊盤(pán)，因?yàn)楹副P(pán)會(huì)在相互間產(chǎn)生平行的板極電容,。在設(shè)計(jì)一個(gè)100mil厚度的電路板時(shí),，對(duì)于3.125Gbps的信號(hào)，鉆孔時(shí)不需要使用平頭鉆（counter-bore）,，但對(duì)于超過(guò)100mil厚度的電路板,，最好是使用平頭鉆。

傳輸線上的電流流動(dòng)會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng),。磁通線（flux line）在參考結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生一個(gè)返回電流,。當(dāng)傳輸線面對(duì)參考平面達(dá)最寬時(shí),，大部分返回電流在傳輸線的下面,，參考平面的趨膚深度（skin depth）平面上傳輸。

趨膚深度由下列公式計(jì)算：

趨膚深度=1/

這里：

f為頻率

為空氣的磁導(dǎo)率

為相對(duì)磁導(dǎo)率

σ為χoνδυχτιωιτψo(hù)Φματεριаλ

你可以利用下列公式計(jì)算參考平面上任意點(diǎn)x的電流密度：

Ix＝

Ix為x點(diǎn)的電流密度

I0為趨膚深度上的電流密度

x為到平面的距離

d0為趨膚深度

在進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該提供一個(gè)良好的返回電流路徑。圖16為一對(duì)差分信號(hào)（紅色和綠色結(jié)構(gòu)）,，其電路板層從層1變到層13,，信號(hào)從A點(diǎn)開(kāi)始（圖16），傳輸?shù)紹點(diǎn)（圖18）,。

圖16到18為提供給信號(hào)線的固體參考平面（即淺藍(lán)色結(jié)構(gòu)）,。

如果有必要的話可以建立接地島（GND island）。在建立接地島時(shí),，確保參考該平面的其它信號(hào)不要通過(guò)這個(gè)裂口,，如果信號(hào)忽略了這個(gè)裂口，其環(huán)路將增加,，這個(gè)區(qū)域的電感也會(huì)增加,。

圖16 電路板層改變

對(duì)于電路板層發(fā)生改變的點(diǎn)，我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該為返回電流路徑提供接地過(guò)孔,。如果返回路徑?jīng)]有接地過(guò)孔,，返回電流將尋找最近的路徑，但這些路徑可能不是足夠近的,。在此情況下,，電流經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)路徑，增加了電流回路,。由于穿過(guò)回路的磁通線的數(shù)量增加,，從而使得電感也增加。圖16中只顯示了兩個(gè)過(guò)孔,，但最好在信號(hào)過(guò)孔周?chē)懈鄠€(gè)過(guò)孔,。

圖17是圖16的側(cè)視圖。信號(hào)從層1傳輸?shù)綄?3,。每一層都有過(guò)孔焊盤(pán),。在焊盤(pán)之間有平行的板極電容，因此不必要的焊盤(pán)會(huì)增加容性負(fù)載,。除了直接將過(guò)孔與傳輸線相連的焊盤(pán)外,，其它焊盤(pán)都應(yīng)該去除。

圖17 電路板層改變的側(cè)視圖

在圖18中,，用接地島來(lái)提供一個(gè)良好的信號(hào)參考路徑,。接地過(guò)孔（即淺藍(lán)色結(jié)構(gòu)）用來(lái)避免過(guò)多的不連續(xù)。

圖18 到點(diǎn)B的傳輸路徑

圖18中的PCB沒(méi)有足夠的接地過(guò)孔,，所以應(yīng)該在信號(hào)過(guò)孔周?chē)砑右恍┙拥剡^(guò)孔,，使它在兩條信號(hào)線周?chē)鶆虻胤植肌Ｔ趫D18中,，只有一邊差分對(duì)有靠近它的接地過(guò)孔,。

圖19為一個(gè)TDR制圖,，該圖中含有StratixTMGX開(kāi)發(fā)板（板厚93mil）上的一個(gè)實(shí)例過(guò)孔。該過(guò)孔為0.7pF的容性不連續(xù),，它將18層電路板的層1和層13上的兩條傳輸線連接起來(lái),。

圖19 在93mil厚的電路板上，由于過(guò)孔產(chǎn)生的容性不連續(xù)

1.3.2 直角走線

為降低傳輸線上的阻抗不連續(xù)性,，應(yīng)避免使用直角走線,。在彎曲點(diǎn)，有效傳輸線的線寬增加,，從而增加了電容量,，引起阻抗不連續(xù)。

使用45°走線代替90°走線,。45°彎曲可以通過(guò)降低阻抗不連續(xù)性來(lái)減小信號(hào)上的反射,。

直角走線還具有天線特性。圖20為一條60mil的50Ω?jìng)鬏斁€,，電介質(zhì)為FR4（εr為4.1,，損耗因素為0.022）。該傳輸線的90°和45°走線（見(jiàn)圖21）使用SPICE模型來(lái)模擬,，其寄生電容利用3D電磁場(chǎng)解算器（field solver）來(lái)提取,。

圖20傳輸線上的90°彎曲

圖21傳輸線上的45°彎曲

圖22顯示了電路板的交叉部分。

圖22 電路板交叉部分

具有1ns上升時(shí)間的信號(hào)從線路的一邊輸入,，從另一端點(diǎn)查看其輸出,。由于存在額外的容性負(fù)載，90°走線時(shí),，信號(hào)輸出稍有些延遲并有嚴(yán)重的振鈴（ringing）,。當(dāng)信號(hào)通過(guò)長(zhǎng)線或在其它緊迫條件下驅(qū)動(dòng)時(shí)，即使是稍有一點(diǎn)振鈴也是很有破壞性的,。例如,，對(duì)一個(gè)幾乎關(guān)閉的眼睛進(jìn)一步加以關(guān)閉將導(dǎo)致接收器不能識(shí)別某些數(shù)據(jù)位（接收器對(duì)數(shù)據(jù)的靈敏度可以從特征報(bào)告中獲得）。90°彎曲將影響速率為3.125Gbps的信號(hào),，甚至更嚴(yán)重,。圖23顯示了彎曲走線在信號(hào)上的影響。

圖23 彎曲走線在信號(hào)上的影響