高速信號(hào)走線等長(zhǎng)控制的理論依據(jù)

01、/ 信號(hào)在空氣中的傳播速度?/

電信號(hào)（電磁波，電磁場(chǎng)）在空氣中的傳播速度等于光速，即3*10^8 m/s = 186 280 mile/s = 12 inch/ns；電磁波在其他物質(zhì)中的傳播速度等于光速除以該物質(zhì)相對(duì)介電常數(shù)(dielectric constant)的平方根，即

02、/ 信號(hào)傳輸延遲時(shí)間?/

常用的PCB板材FR4的相對(duì)介電常數(shù)約為4，因而電信號(hào)在FR4基材中的傳輸速度為常量，如下：

那么，每單位長(zhǎng)度的傳輸延時(shí)為

所以，電信號(hào)傳輸延遲時(shí)間就是傳輸線長(zhǎng)度除以傳輸速度，即

上式表明，傳輸延時(shí)由傳輸線長(zhǎng)度決定，二者成正比關(guān)系（因電信號(hào)在PCB中的傳輸速度為常量），這其實(shí)類(lèi)似駕車(chē)從A點(diǎn)到B點(diǎn)。

03、/?PCB走線等長(zhǎng)控制實(shí)例?/

以 3G-SDI 信號(hào)為例，名稱(chēng)來(lái)源于其信號(hào)在阻抗為 75 OHM 的同軸線纜上的串行傳輸速率為 2.97Gbit/s，即(時(shí)鐘頻率148.5 MHz) * (BT1120的20bit并行數(shù)據(jù))；可參考GENNUM SDI Transmitters(Serializers) GS2972，即是將 20bit 的 BT1120 并行數(shù)據(jù)串化為單根的 SDI 信號(hào)的器件。

時(shí)鐘頻率 148.5 MHz 對(duì)應(yīng)的時(shí)鐘周期為 1 / 148.5 MHz = 6.734 ns；

若數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好后，留給時(shí)鐘的采樣時(shí)間占整個(gè)周期的1/10，則對(duì)應(yīng)的采樣時(shí)間可約為0.6 ns = 600 ps；

換算成線長(zhǎng)為( 6 mil/ps )* ( 600 ps ) = 3600 mil；

所以理論上，在 3G-SDI 信號(hào)傳輸系統(tǒng)中，BT1120 的 1bit 時(shí)鐘線和 20bit 數(shù)據(jù)線的等長(zhǎng)誤差控制在 3600mil 內(nèi)，是可以保證數(shù)據(jù)采樣正確的。在實(shí)際PCB設(shè)計(jì)中，條件允許的情況下，一般可將等長(zhǎng)誤差控制在500mil 內(nèi)。