作者：一博科技高速先生成員 劉春

隨著信號速率的不斷提高，對信號時序的要求也越來越嚴(yán)格。在PCB設(shè)計(jì)中，我們等長的最終目的都是為了等時，以滿足信號的時序要求。因此，需要我們對信號在傳輸線上的時延有一定的了解，下面小編將會通過理論分析和利用SIGRITY軟件進(jìn)行仿真驗(yàn)證跟大家一起深入的了解信號在傳輸線上的時延情況。

時延

這里指的是傳輸線上的時延，即信號在通過整個傳輸線所用的時間。

信號的傳輸速度

從時延的描述上，不難發(fā)現(xiàn)必然還會存在兩個不可或缺的量，哈哈，不用說相信大家已經(jīng)知道了，那就是信號的傳輸速度和傳輸線的長度。長度這里自不必說，這里我們需要重點(diǎn)關(guān)注的是信號的傳輸速度。當(dāng)信號在傳輸線上傳輸時，其速度就取決于信號傳輸線在其周圍介電特性環(huán)境中電場和磁場建立的速度?？捎萌缦玛P(guān)系式描述：

而真空中光速表示為：

因?yàn)閹缀跛蟹氰F磁性材料相對磁導(dǎo)率都為1，所以介質(zhì)中信號的速度可簡化為：

到這里，想必大家都發(fā)現(xiàn)了，我們常常聽到的信號在傳輸線中的傳輸速度可以用6mil/ps來估算的原因了吧。因?yàn)榇蠖鄶?shù)板材聚合物的介電常數(shù)都在4左右，通過上述簡化后的關(guān)系式可輕松得出信號在傳輸線上的大致傳輸速度，約6mil/ps。

從上面的關(guān)系式，我們還可以知道板材的介電常數(shù)是決定信號傳輸速度的主要因素，介質(zhì)的介電常數(shù)越大，信號的傳輸速度越慢，反之則越快。在知道了信號的傳輸速度之后，那我們傳輸線的時延自然也就知道了哈。時延計(jì)算可用如下關(guān)系式表示：

其中，TD表示信號在傳輸線上的時延，Len表示傳輸線的長度，v表示信號的傳輸速度。

通過上面的信息，相信大家對信號的傳輸都有了一定的了解了，下面我們利用Sigrity當(dāng)中的Sigrity Topology Explorer套件來進(jìn)行仿真驗(yàn)證，跟大家一起進(jìn)一步加深對傳輸線時延的了解。

微帶線與帶狀線

創(chuàng)建的微帶線與帶狀線簡易傳輸鏈路模型如下圖所示：

對微帶線與帶狀線仿真參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，這里為了便于對比分析，將介質(zhì)DK設(shè)為4，傳輸線線長設(shè)為1inch。

微帶線參數(shù)設(shè)置：

帶狀線參數(shù)設(shè)置：

在設(shè)置完參數(shù)信息后，還可以查看生成的傳輸線信息，相信細(xì)心的朋友已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了，在生成的傳輸線信息中就包含了傳輸線單位長度的時延信息，那這里我們是不是可以驗(yàn)證一下軟件的時延是不是與我們前面的公式計(jì)算相吻合呢?為了計(jì)算方便，這里我們以帶狀線為例，由上圖可知帶狀線的時延為6671.28ps/m，換算后約169.45 ps/inch，公式計(jì)算結(jié)果169.49ps/inch，結(jié)果非常接近。完成模型及參數(shù)設(shè)置后得到的仿真結(jié)果如下圖所示：

在上圖微帶線和帶狀線的仿真結(jié)果對比可以發(fā)現(xiàn)，兩者到達(dá)接收器的時間相差了約12.5ps，可知微帶線傳輸速度比帶狀線的傳輸速度要快，那是什么原因?qū)е碌哪?相信大家已經(jīng)有了答案了。

根據(jù)前面?zhèn)鬏斔俣裙娇芍殡姵?shù)是決定信號傳輸速度的主要因素，介質(zhì)的介電常數(shù)越大，信號的傳輸速度越慢，反之則越快。微帶線的一面有參考層一面沒有參考層，在沒有參考一面是綠油和空氣，其中空氣的介電常數(shù)接近似為1，導(dǎo)致微帶線的周圍環(huán)境整體的有效介電常數(shù)低于4，使得微帶線的傳輸速度比帶狀線的傳輸速度更快。

前面已經(jīng)對比過軟件得出的時延與我們公式計(jì)算的時延結(jié)果相吻合，那這里也可以從生成傳輸線單位長度的時延信息去與我們的仿真結(jié)果做一個驗(yàn)證，看看兩者的結(jié)果是否同樣吻合。

從上面生成傳輸線單位長度的時延信息中我們知道了微帶線的單位長度時延是6168.09ps/m，帶狀線的單位長度時延是6671.28ps/m，換算后微帶線的單位長度時延是156.67 ps/inch，帶狀線的單位長度時延是169.45ps/inch，兩者相差12.78ps，與仿真結(jié)果的12.5ps相吻合。

上述，我們通過理論和仿真的驗(yàn)證分析，知道了在線長相等的情況下微帶線和帶狀線會存在時延差異以及導(dǎo)致差異的原因，那在布線設(shè)計(jì)中，對于一些速率較高，時序要求嚴(yán)格的信號，如DDR的數(shù)據(jù)信號，建議采用同組同層進(jìn)行布線的原因之一正是如此。

審核編輯：湯梓紅