高速電路基材特種三層線路板制作

文軍 葉錦華 羅春雷

摘 要： 數(shù)字邏輯電路的頻率達到或者超過45MHZ～50MHZ，而且工作在這個頻率之上的電路已經(jīng)占到了整個電子系統(tǒng)一定的份量（比如說1/3），就稱為高速電路；也有人認為高速電路和頻率并沒有什么大的聯(lián)系，是否高速電路只取決于它們的上升時間，對特種三層線路板制作有啟發(fā)意義。

關鍵詞： 高速電路；特種三層線路；上升時間

“高速電路”已經(jīng)成為當今電子工程師們經(jīng)常提及的一個名詞，但究竟什么是高速電路？這的確是一個“熟悉”而又“模糊”的概念。而事實上，業(yè)界對高速電路并沒有一個統(tǒng)一的定義，通常對高速電路的界定有以下多種看法：有人認為，如果數(shù)字邏輯電路的頻率達到或者超過45MHZ～50MHZ，而且工作在這個頻率之上的電路已經(jīng)占到了整個電子系統(tǒng)一定的份量（比如說1/3），就稱為高速電路；也有人認為高速電路和頻率并沒有什么大的聯(lián)系，是否高速電路只取決于它們的上升時間；還有人認為高速電路就是我們早些年沒有接觸過，或者說能產(chǎn)生并且考慮到趨膚效應的電路；更多的人則對高速進行了量化的定義，即當電路中的數(shù)字信號在傳輸線上的延遲大于1/2上升時間時，就叫做高速電路，本文也沿用這個定義作為考慮高速問題的標準。

此外，還有一個容易產(chǎn)生混淆的是“高頻電路”的概念，“高頻”和“高速”有什么區(qū)別呢？對于高頻，很多人的理解就是較高的信號頻率，雖然不能說這種看法有誤，但對于高速電子設計工程師來說，理解應當更為深刻，我們除了關心信號的固有頻率，還應當考慮信號發(fā)射時同時伴隨產(chǎn)生的高階諧波的影響，一般我們使用下面這個公式來做定義信號的發(fā)射帶寬，有時也稱為EMI發(fā)射帶寬：

F=1/（Tr*π）， F是頻率（GHz）；Tr（納秒）指信號的上升時間或下降時間。

通常當F>100MHz的時候，就可以稱為高頻電路。所以，在數(shù)字電路中，是否是高頻電路，并不在于信號頻率的高低，而主要是取決于上升沿和下降沿。根據(jù)這個公式可以推算，當上升時間小于3.185ns左右的時候，我們認為是高頻電路。

理想傳輸線L被內(nèi)阻為R0的數(shù)字信號驅(qū)動源Vs驅(qū)動，傳輸線的特性阻抗為Z0，負載阻抗為RL。如果終端阻抗（B點）跟傳輸線阻抗（A點）不匹配，就會形成反射，反射回來的電壓幅值由負載反射系數(shù)ρL決定。Ρt可由式（1）得出：

ρL=（RL-Z0）/（RL+Z0） （1）

從終端反射回的電壓到達源端時，可再次反射回負載端，形成二次反射，此時反射電壓的幅值由源反射系數(shù)ρs決定，ρs可由式（2）得出：

ρs=（R0-Z0）/（R0+Z0） （2）

精確計算反射系數(shù)和反射電壓的關鍵是確定傳輸線的特征阻抗，它不僅僅是印制線的電阻。當印制線上傳輸?shù)男盘査俣瘸^100MHz時，必須將印制線看成是帶有寄生電容和電感的傳輸線，而且在高頻下會有超膚效誚和電介質(zhì)損耗，這些都會影響傳輸線的特征阻抗。按照傳輸線的結(jié)構，可以將它分為微帶線和帶狀線。

對于大多數(shù)電子電路硬件設計工程師來說，完全沒有必要拘泥于概念的差異，心中應該有個廣義的“高速”定義，那就是：如果在確保正確的電氣連接的前提下，電路仍不能穩(wěn)定的高性能工作，而需要進行特殊的布局，布線，匹配，屏蔽等處理，那么，這就是特種三層線路板的“高速”設計。