信号在PCB走线中的延迟

影响PCB中信号传输速度因素：板材DK（介电常数），信号模式，信号线与信号间耦合以及绕线方式有关。

简介：

串行信号在发送端将数据信号和时钟（CLK）信号通过编码方式一起发送，在接收端通过时钟数据恢复（CDR)得到数据信号和时钟信号。由于时钟和信号在同一通道传播，串行信号对和对之间在PCB上传输延时要求较低，主要依靠锁相环（PLL)和芯片的时钟数据恢复功能。

源同步时钟，主要是DDR信号，DQ（数据）信号参考DQS(数据选通）信号，CMD(命令）信号和CTL(控制）信号参考CLK(时钟）信号。DQ是CMD&CTL的2倍。延时要求更高。

因素分析：

1.微带线和带状线传输延时

PCB中微带线指走线只有一个参考面，图1；带状线有两个参考面，图2；

带状线由于电磁场被束缚到板材之间，有效介电常数为板材的介电常数。

微带线会导致部分电磁场暴露在空气中，利用下面公式。

其中，εe 为有效介电常数， εr 为电路板材料的介电常数，H为导线高于地平面的高度，W为导线宽度，T为导线厚度

 

2.走线和过孔传输时延

TD_via=√LC

其中TD_via表示信号经过过孔的时延，L表示过孔的寄生电感，C表示过孔的寄生电容。

而对于普通FR4板材的微带线，1.6mm走线传输时延约为11ps，对于带状线约为12.5ps

工程师设计时注意：

           1）需要做等长的信号要尽量走同层，换层时需要注意总的长度要保持相等并且每层走线都需要等长。
           2） 需要等长的信号走相同走线层可以保持过孔的时延一致,从而消除过孔时延不一致带来的影响。

3.串扰对信号时延的影响

串扰：PCB板上线与线的间距很近，走线上的信号可以通过空间耦合到其相邻的一些传输线上去

设计时注意：

1）.拉大线距，走线尽量满足3w原则；

2）.耦合长度尽量短，相邻传输线平行走线长度越长串扰越大；走线尽量减小相邻平行线走线长度；对相邻层走线尽量采用垂直走线；

3）.走线尽量走带状线，减小串扰影响；

4）.保持完整回流平面，避免跨分割，走线和参考面尽量紧耦合；

4.绕线方式

蛇形绕线的信号传输速度会比直线参考线的速度要快，这是由于蛇形绕线靠的太近，平行的耦合长度太长，信号在蛇形绕线上的自耦合导致信号传播速度较快。

设计时注意：

1）尽量减少不必要的绕线，比如串行信号差分对和差分对之间没有必要做等长。

2）增大绕线间间距，尽量满足单根绕线间距大于5H（H为线到最近参考面的距离），差分绕线大于3H.

3)减小绕线间平行走线长度。

小结

V=C/Er0.5，Er是信号线周围材料的相对介电常数。如果信号线暴露在空气中那么信号的传输速度就等于C。如果信号线暴露在空气中那么信号的传输速度就等于C。

常见的PCB材料Fr4介电常数在4.2~4.5左右，信号传输速度是光速的二分之一。光速大约12inch/ns,信号大约6inch/ns.

换成延时，就是常说的PCB板上信号延时大约是166ps/inch.

           表层走线比内层快：表层走线周围介电常数小于4；表层大约信号延时在140ps/inch.

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