PCB传输线的构成和EMC性能优化

匹配传输线的使用可以使得数字和模拟信号在很长距离上相互连接而不会引起由于它们波形的过分失真，不会闭合它们的眼孔（图形）而造成严重的发射问题或者形成很差的抗扰度。现代新型电子产品，特别是那些使用数字处理或无线技术的产品，在不使用匹配传输线的条件下甚至无法正常运行和工作。

匹配传输线是一个从它的源到它的负载都保持有固定特性阻抗的导体。我们用字母Z₀来表示导体的特性阻抗。而匹配传输线的源或负载端都终止于一个数值上等于它的Z₀的一个电阻上。如图2-5-1所示，在一个PCB上，只要简单地通过控制线条的几何参数就可以很容易地构成30多种不同类型的传输线。

图2-5-1 通过控制线条的几何参数可以很容易地形成用于单端信号的30多种传输线

（这里显示的是其中12种的横截面图）

在使用受控阻抗的连接器和电缆条件下，PCB传输线可以很容易地伸展到PCB以外，或者用于两个PCB之间地连接。作为标准产品的受控阻抗连接器和电缆，它们的特性阻抗通常设计为50Ω、75Ω、100Ω。但有时也采用一些其他特殊设计的特性阻抗值。我们大家都非常熟悉的，如50Ω或75Ω的BNC连接器以及与它们相匹配的50Ω和75Ω的电缆，或者用于若干个低成本的串行数据总线的100Ω非屏蔽双绞电缆就是一些典型的例子。

在PCB设计中，传输线技术可以用来改善或获得信号完整性（SI），并使已装配完成的PCB能够正常运行。它们还可以用来改善一个PCB的EMC，并帮助降低产品的制造成本。(www.xing528.com)

应用传输线技术之所以会降低产品的制造成本，是因为它的使用使PCB本身的EMC性能得以改善，从而降低了对更高层次上的屏蔽和滤波技术要求。通常为了获得相同EMC性能，在更高层次上的典型花费可高达十倍于PCB层次的花费。

在有关的书籍、专业文章和技术报告中存在有大量的有关传输线技术在PCB上的使用的内容和信息。但它们其中的大多数都是以信号完整性的角度出发并展开讨论的。而真正的从EMC性能角度考虑问题的则很少。当前用来设计传输线的大多数计算机更为关心的也都为SI而不是EMC就是一个很好的例证。

然而，应该指出，所有所获得的这些有关SI的信息也同时会有助于EMC性能的改善。这是因为高速和高频SI问题本身就是EMC问题的一个次级问题。我们已在第3章中讨论过，在PCB上的良好EMC性能本身就意味着同时获得了极好的SI。反过来，我们同样可以通过使用SI的设计技术，技巧和工具来为SI建立更为严格的技术指标来达到改善EMC的目的。举例来说，倘若我们仅从SI的角度出发，能够接受（比如说）一个存在有30%上冲^[2]①的信号的话，那么，我们在确保信号上冲仅为10%的情况下，将一定会在PCB组件层次上获得更好的EMC性能（与上冲为30%的条件下相比）。若上冲降至10%以下，我们必定会取得更佳的EMC性能。但是，为了换取更为进一步的EMC性能改善，而要求信号上冲不得大于3%时，就不得不考虑做出如此严格的技术要求是否值得的问题了。处在一根PCB的相同区域中的线条和器件之间的串扰恐怕是唯一一个高频SI问题，而又并不是总是与良好EMC设计相关联的。我们已知道使用本篇第1章中所描述的分隔技术，不仅会减少一个PCB上不同区域间的串扰，同时也就改善了SI。

在本章中所讨论的一些设计技术（比如，线条在PCB上的层次变更）可以用来改善任何PCB线条的EMC，即使这些线条并不是匹配传输线结构。

传输线的设计需要涉及大量的理论知识和数学基础。在设计传输线过程中，经常会受到工程实践条件的制约，有时还会出现相互冲突的情况。因此，就SI来说，往往并不总是那么理想。我们不在这里就SI问题（包括串扰）做更详细的讨论。有兴趣的读者可以很容易地通过许多教科书和相关的标准中找到它们。

通常，在传输线设计和实际应用中有关EMC方面的讨论都会集中在它们的发射问题上。要知道，任何可以让有用信号以电磁场发射方式逃逸的物体都代表着一根“意外天线”。同时，这些意外天线又会从它们周围的电磁环境中捡拾电磁场能量，并将它们转换为电路中的噪声信号，引起抗干扰问题。我们在这里试着以不涉及高深理论的情况下，借用互易原理将上述简单地概括为在与它的有用信号相关频率上有着过量发射的任何电路也同时倾向于敏感那些频率上的外部电磁能量。因此，通过对PCB的仔细布局来降低发射的同时，我们也改善了电路的抗扰度和减小了滤波和屏蔽所要求的空间和花费。