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和理论对着干?线宽不同居然会影响走线延时

16小时前
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公众号 | 高速先生,作者 | 黄刚

考虑到我们高速先生的粉丝还是有相当一部分不做很高速的产品,那今天就不讲高速信号了,甚至这篇文章可以说是和频率没关系,我们来讲讲一个很简单的东东,那就是传输线的延时。此言一出,大家会不会立马大呼简单,传输线延时的公式是一个在SI领域非常入门级的公式,无论是硬件工程师,PCB工程师,测试工程师估计都能脱口而出,就像下面那样了。

嗯,确实简单,看起来影响传输线延时的唯一变量就是介电常数了。我就说嘛,怎么可能会跟传输线的线宽有关系呢,只要按材确定了,介电常数也是个定值了,从公式上说,传输线的延时不也就是个定值,跟线宽一点儿关系都不会有吧!

那没关系,Chris最喜欢用仿真数据来证明了。要不随便叠个叠层试试看?我们同时来看看表层走线和内层走线两个最常规的走线形式,然后分别选取同样100欧姆差分阻抗单位长度下不同线宽线距的走线组合来仿真下延时。叠层示意图就是下面那样:

我们通过阻抗计算软件,分别在表层和内层各给出三个不同的线宽组合,阻抗都是100欧姆,如下所示:

表层的三组线宽线距组合:

三组带状线的组合如下:

好,表层和内层各三组都按照100欧姆控制,线宽不同的组合都到位了。那Chris就和你们一起验证下。要不首先还是看内层的三组吧,因为毕竟还是有不少朋友坚定的相信线宽不会影响延时的哈!验证的方法也很简单,就是在传输线的开始端发送一个上升沿信号,来对比下三组case在接收端的延时是否有差异就行了。

事不宜迟,我们赶紧来看看内层的三种组合在上升沿达到接收端的对比结果:

我说什么来这,我就说线宽对延时没影响的,你看上面的结果不就是没差异嘛!

的确哈,从内层走线的对比结果看,不同线宽貌似还真的没啥影响哦。不仅是从上面的时域上升沿信号的方式去看,还是从下图频域的群延时去看,的确基本上没差异。散啦散啦,这篇文章真没意思。

别急着走啊,要不看完表层的三个组合再走不迟嘛。那还是一样的做法,Chris分别给三组表层不同线宽的传输线组合发送上升沿信号,同样来看看接收端的延时差异,如下所示:

咦,不对!好像有差异了啊,三种不同的表层线宽case的延时居然是有差异的,而且还不小啊!从130ps到138ps到145ps,单位inch长度能各自差出7到8ps,真不小啊!而且从频域的群延时也是能看到相同的结论,如下所示:

这是怎么回事?难道线宽真的会影响传输线的延时,那为什么感觉表层影响到了,但是内层又没有影响了,那到底有没有影响啊?这一切一切的疑问,Chris都只想留给大家来回答了哈……

Q、本期提问:为什么线宽不同对内层走线延时没影响,却对表层走线延时有影响呢,究竟到底背后是怎么样的原理?

 

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