传输线为什么越高速越重要?
在很多硬件工程师眼里,传输线似乎只是射频工程师才需要关心的内容。
实际上,当数字信号速度越来越快,哪怕是普通MCU、DDR、USB、以太网、LVDS、高速ADC/DAC,只要信号边沿足够快,PCB上的一根走线就已经不再是一根"导线",而是一条传输线。
很多高速电路问题,例如阻抗不连续、信号反射、EMI超标、串扰严重、眼图闭合,本质上都可以追溯到传输线理论。
一、什么是传输线?
最简单来说:
任何由信号路径和返回路径共同组成,并具有一定长度的导体结构,都可以称为传输线。
很多新人容易忽略一点:
传输线永远不是一根线,而是两条路径。
其中包括:
- 信号路径
- 返回路径
很多资料喜欢把返回路径直接理解成GND,其实这是不准确的。
真正的返回路径,只是信号电流最终流回源端所经过的最低阻抗路径。
因此:
- 可以是GND平面
- 可以是电源平面
- 可以是另一根差分线
- 甚至可以是附近其它导体
返回路径到底走哪里,完全由电流自己决定。
一句工程上非常经典的话:
电流像水一样,总会选择阻抗最低的路径流动。
二、为什么高速PCB最怕返回路径被破坏?
很多EMC问题,都不是信号线的问题,而是返回路径的问题。
例如:
PCB出现了:
- 地平面开槽
- 分割电源
- 参考层切