高速信號走線等長控制的理論依據(jù)

01、/ 信號在空氣中的傳播速度?/

電信號（電磁波，電磁場）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)相對介電常數(shù)(dielectric constant)的平方根，即

02、/ 信號傳輸延遲時間?/

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

那么，每單位長度的傳輸延時為

所以，電信號傳輸延遲時間就是傳輸線長度除以傳輸速度，即

上式表明，傳輸延時由傳輸線長度決定，二者成正比關(guān)系（因電信號在PCB中的傳輸速度為常量），這其實(shí)類似駕車從A點(diǎn)到B點(diǎn)。

03、/?PCB走線等長控制實(shí)例?/

以 3G-SDI 信號為例，名稱來源于其信號在阻抗為 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 信號的器件。

時鐘頻率 148.5 MHz 對應(yīng)的時鐘周期為 1 / 148.5 MHz = 6.734 ns；

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

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

所以理論上，在 3G-SDI 信號傳輸系統(tǒng)中，BT1120 的 1bit 時鐘線和 20bit 數(shù)據(jù)線的等長誤差控制在 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，一般可將等長誤差控制在500mil 內(nèi)。