在PCB设计中,等长线路是指信号传输线的长度相等,这种设计的目的是为了减少信号传输时延及串扰,以提高电传输可靠度。在高速数字与模拟电路中,特别是处理高速信号时,等长线路设计尤其重要。因为电磁波会在信号线和接地线之间的空间中传播,如果线长不相等,一些信号会超过其参考信号,从而导致电磁辐射干扰,进而影响信号传输。
高速线路等长设计的目的是为了保证在信号到达终端的起始时刻时,每条线传输的信号都到达同时,这样可以减小信号到达顺序的时间差,从而保证数据的实时性。如果信号传输的时间存在偏差,会导致线路之间存在相互串扰,电压和电流的步进问题,最终会导致设备失效。
在数字电路中,时钟信号的传输对电路稳定性影响非常大。因为时钟信号会在稳态中产生噪声,若时钟的时间和位置不保持一致,会影响系统的功能。许多数字电路是按照时钟信号进行操作的,如果多个时钟信号相互影响,就会产生错误的操作,数据传输就会变得不可靠。
如果时钟信号的每一条分支线等长,就可以保证它们同时到达目标门电路,这样能提供准确的工作时序。例如,RAM接口的读写信号都与时钟信号有关,如果读信号早于写信号到达,这掉会造成读写调试的问题,SIF闪存接口信号,读命令信号DREQ必须等待IRQ信号结束,如果DREQ比IRQ信号早到达,可能会导致芯片读取处理失误。
等长线是同时起止,同向传播,同时结束,这是因为等长线路传输同样的电压、电流,具有相同的阻抗特性。假如其它线路线长和该线路长度不一样,则阻抗不同,产生反射波,反射波和直接波之间的相位差随着波到达的时间而改变,因此,会产生电源回耦、散射和电磁辐射等问题。当信号在传输过程中,两条长度不等的线路接到相同的负载,它们的电压也不同,因此相差的电压会产生交变电磁场,这就是电磁干扰信号,它会损害线路的正常工作,甚至导致线路无法正常工作。
等长线的应用能简化电路布线,提高抗噪声水平。例如,在USB总线中,在接口内部和终端USB设备之间,数据信号线、数据地和控制线、地线都是当成一个组来设计的,信号、地线间长度等比例增加,可以减少信号反相和反射的现象,提高抗噪声能力和信号传输可靠性。
等长线路设计可以提高电磁兼容性和抗干扰能力,对接收混合信号有很好的抑制能力,也能减少每一条线路对相邻线路和其他线路的互相干扰,提高电路的噪声品质,同时也能保证电路的稳定性。