EMC学习笔记（五）传输线模型及反射、串扰

1.概述

在高速数字电路PCB设计中，当布线长度大于20分之一波长或信号延时超过6分之一信号上升沿时，PCB布线可被视为传输线。传输线有两种类型:微带线和带状线。与EMC设计有关的传输线特性包括:特征阻抗、传输延迟、固有电容和固有电感。反射与串扰会影响信号质量，同时从EMC的角度考虑，也是EMI的主要来源。

2.传输线模型

关于这部分在SI教程中有详细介绍，此处简单介绍。

https://mxioum.blog.csdn.net/article/details/123969250

3.传输线的种类

3.1 微带线（microstrip）

定义：与参考平面相邻的表层布线。

对于我们常用的FR-4介质材料，er=4.5。传输延迟 TPD=142.2（ps/inch）

带状线（Stripline）

定义：在两参考平面之间的PCB布线

对于我们常用的FR-4介质材料，er=4.5。传输延迟 TPD=180.3（ps/inch）

3.3 嵌入式微带线

K与嵌入厚度有关，随着嵌入厚度的增大而减小，低于15mil时，K65,20mils时，K=60。

4.传输线的反射

传输过程中的任何不均匀(如阻抗变化、直角拐角)都会引起信号的反射 ，反射的结果对模拟信号(正弦波) 是形成驻波，对数字信号则表现为上升沿 、下降沿的振铃和过冲 。这种过冲一方面形成强烈的电磁干扰，另一方面对后级输入电路的保护二极管造成损伤甚至失效。

般而言，过冲超过0.7V就应采取措施。在下面的图中，信号源阻抗、负载阻抗是造成信号来回反射的原因。

下面是有匹配电路和无匹配电路的对比：

由于反射而在信号的上升沿和下降沿引起上冲、下冲和振铃，这些过冲和振铃不仅影响信号的完整性，而且是主要的EMI发射源。

5.串扰

如下图所示电路，由于在相邻PCB布线之间存在寄生电容Csv，高频信号会通过Csv引起互相干扰，在一路有脉冲信号通过时，另一路上在脉冲的上升沿和下降沿位置有干扰脉冲出现，这就是PCB布线间的串扰。串扰一方面影响信号质量，同时串扰脉冲也是EMI的主要发射源。下图说明与PCB布线间串扰有关的因素。

即影响传输线间串扰的因数有:耦合长度L、源端、负载端的输入、输出阻抗，介电常数，传输线的宽度W、厚度T，与参考平面的高度H (换个角度: 分布电容 CSV、寄生电容 Cti、耦合电感L)

下表列举了不同条件下的串扰: