01
/ 信号在空气中的传播速度 /
电信号(电磁波,电磁场)在空气中的传播速度等于光速,即3*10^8 m/s = 186 280 mile/s = 12 inch/ns;电磁波在其他物质中的传播速度等于光速除以该物质相对介电常数(dielectric constant)的平方根,即
02
/ 信号传输延迟时间 /
常用的PCB板材FR4的相对介电常数约为4,因而电信号在FR4基材中的传输速度为常量,如下:
那么,每单位长度的传输延时为
所以,电信号传输延迟时间就是传输线长度除以传输速度,即
上式表明,传输延时由传输线长度决定,二者成正比关系(因电信号在PCB中的传输速度为常量),这其实类似驾车从A点到B点。
03
/ PCB走线等长控制实例 /
以 3G-SDI 信号为例,名称来源于其信号在阻抗为 75 OHM 的同轴线缆上的串行传输速率为 2.97Gbit/s,即(时钟频率148.5 MHz) * (BT1120的20bit并行数据);可参考GENNUM SDI Transmitters(Serializers) GS2972,即是将 20bit 的 BT1120 并行数据串化为单根的 SDI 信号的器件。
时钟频率 148.5 MHz 对应的时钟周期为 1 / 148.5 MHz = 6.734 ns;
若数据准备好后,留给时钟的采样时间占整个周期的1/10,则对应的采样时间可约为0.6 ns = 600 ps;
换算成线长为( 6 mil/ps )* ( 600 ps ) = 3600 mil;
所以理论上,在 3G-SDI 信号传输系统中,BT1120 的 1bit 时钟线和 20bit 数据线的等长误差控制在 3600mil 内,是可以保证数据采样正确的。在实际PCB设计中,条件允许的情况下,一般可将等长误差控制在500mil 内。