基础电路设计(2)不规则电路对辐射与阻抗的影响

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1、基础电路设计(二)不规则电路对辐射与阻抗的影响前言最近几年电路板非常流行所谓的「meander」导线，然而这种不规则⑵gzag)导线随着clock频率不断提高，设计人员也意识到必需使导线pattern尽可能完全相同。理论上从止ivci•端至接收收端(receiver)直线距离有可能完全相同,不过事实上当两者Z间的距离越來越长时,导线pattern势必成为不规则形状，有鉴于此本文将透过实验结果，深入探讨直线状与不规则状的pattern差异对电路的彩响。实验步图1是实验用印刷电路板的外观，阻抗(impedance)Zo为50Q,共有A〜G7种线路图案(pattem)(图2),pattern长度都

2、是290mm,由于不规则layout因此pattern长度被压缩成150mm,如图3所示电路图案都无直角弯曲设计。四层电路板为四层板总厚度1.6mm,第—•层装设电子组件，第二至第四层分别是接地层(earth)>Vcc层与电路图(图4),辐射资料是根据3米(mete"法则水平放置电路板量测水平偏波。图1电路板的外观driver^接收揣Bpatternspec:嚎凹凸線路圖秦長度：290rnm图27种线路pattern刈，特性阳.抗的影响图3线路图案弯曲与特性阻抗Zo的变化Voc(5V)dJIC2Ze.fiOOVcc(5V)c?图4实验用电路图5是上述实验所获得的辐射资料。如图所示7种线路图案

3、都冇长70mm的直线部分，E与G的线路图案的频率为650〜850MHz,直线部分长度为130mm的；D与F的线路图案有频率为350〜450MHz,具有较多的辐射。若将电路板的诱电率£列入考虑，并假设电路板上的光速为时：650MHz的波长X=277mm,V4=70mm650MHz的波长九=514mm,V4=130mm依此就可推论「线路图案直线部分」耳「造成辐射最大值的波长」两者的关连性，也就是说线路图案肓线部分长度较短的A、B、C三线路图案的辐射较低，相形之下D、E、F的辐射比较大；luhni集中的D、E、F的辐射比凹凸分散的A、B、C大，G则无法纳入检讨范围。Yi(A)線路圖秦(E)線路圖案

4、■II■I.卜■I—I——(B)線路圖秦(F)線路圖案(C)線路圖案(G)線路圖案(D)線路圖秦图57种线路图案产生的線號線—UH亦％je)・(4)辐射上述实验川印刷电路板的阻抗Zo是利川图6的理论计算公式所获得的计算结果，为了量测类似MHz等级电路板实际动作时阻抗值，因此利用图7所示TDR(TimeDomainRefrectometer)量测器检测电路板的阻抗。TDR的动作原理是捕捉电波或是超音波撞击物体后反弹的信号(echo)再将时差强弱图像画，依此量测结果如图8所示。由图可归纳下列三项结论：(1).编号G的线路图案除外，其它线路图案的阻值Zo并无明显茅异。⑵.编号C、D的线路图案，输入

5、端了正后方如果冇凹凸时，其附近的阻值Zo很高。⑶編号G的线路图案特性极差。必需注意的是包含编号G的线路图案再内，线路图案的「物理长度」物理长度皆为290mm線號線(a)microstrip1ine"妙(b)stripline(a)量測系統絡端為髙阻抗O)量測阴抗波电的方法图6板上的线路图案种类电路+诵差欖進阻抗社-偏差終端為低阻抗图7电路板的线路图案特性阻抗量测系统(a)A、B、C線路圖案的量測結果(b)A、D、E、F線賂圖案的量測結果(c)G線路圖案的量測結果图87种线路图案利用TDR量测的特性阻抗相较之下「电气长度」亦即330-152=178mm几乎成一定值。由以上结论出现下列两个疑问：

6、⑴•一般都认为「电气长度」与「物理长度」，可是线路图案弯曲次数亦即凹凸次数与长度的关系为何？(2)•半导体厂商对阻值Zo的误差量一般都设为±10%，上述实验证明事实上误差量可低于±5%,不过半导体厂商将来要如何定义输入阻值？有关第⑴项的质疑例如图8所示线路不规则为，图案全长为L时:L二2刑@+必)+2幺的关系会成立式中的2呗+Q+2a亦即信号行进横向合计尺寸与线路不规则门无关，也就是说必需抑制L的2曲，如此一来为了增加k必需减少吆，因此图9的线路不规则次数越多，图案的‘方必需设法使它变得更小，然而图8的不规则线路却未发生L阻抗成份，且图的信号未依照alblddf路径行进，却由aMf路径行进，

7、主要原因由如图10的说明便可获得合理的解释。接收端driver^n=7,與圖2(A)完全相同。若祖考庖汕兩端時VSZvVA就轡産生阻抗LfLfLTlJTJ•i>4••給shoAArLnJ：如果合併兩端考虐時阻抗啻镀排降變成客,因此垂流可沿茗囲案頂鴨流動圖10不規則線路圖的阻抗為零,長度與物理尺寸相同凹凸圖案的全長1=2n(h+Z)+2a圖9隨著凹凸不規則枚數的增加,横向振動越來越小