PCB直角走线的测试与仿真验证
PCB直角走线的测试与仿真验证
随着数据传输速率的不断提高，PCB走线的弯曲设计对信号完整性的影响越来越受到关注。本文通过实验和仿真验证了不同类型的PCB走线弯曲（直角、斜切、圆弧）对阻抗的影响，并提供了具体的测试方法和结果分析。
在过去低数据传输速率的年代，走线弯曲造成的反射相对较小，甚至可能无法通过测量检测到，因此，在狭窄的数字互连PCB走线中经常可以忽略不计，但是，随着数据速率飞跃式地提升，在如今的任何应用场合中，设计者都需要对这种弯曲结构所造成的影响保持清醒的认知。
Yuriy Shlepnev在 Validation of Bend Models with Measurements | Signal Integrity Journal 一文中，向工程师们充分展示了分析和验证该PCB细节设计的方法，为此，专门设计了如下图所示的测试板。
根据S参数测量计算的TDR的结果对比，可以清楚地观察到直角拐弯对于线阻抗的影响：
直角拐弯（Uncompensated red）有大约4欧姆的阻抗跌落，斜切拐弯（Mitered blue）有略高于1欧姆的阻抗跌落，圆弧拐弯（Curved green）有小于0.5欧姆的阻抗跌落，这样的结果也充分说明，所有类型的PCB走线弯曲都会增强电容效应。
另外，有两种方法可以进行模型构建：
一种方法是为整个结构创建模型，包括连接器、PCB封装和走线，但需要连接器的几何形状或模型，并且设置起来更复杂；
另一种方法是将连接件和走线进行去嵌，只测量弯曲部分的S参数，而测试板上的2X THRU CAL TRACE正是用于此项校准功能并帮助设计者进行弯曲部分的仿真和测试验证。
需要注意的是，由于测试夹具中的几何形状差异或材料特性变化，用于去嵌的S参数文件无法保证在弯曲部分的两侧的完全对称性，因此，当去嵌完成时，从不同的端口进行观察时，差异就会以阻抗波纹的形式显示出来（如下图中的蓝色和绿色测量曲线）。
但是，仿真计算的S参数是平滑的。
当然，这样的差异并不影响对结果匹配的判断，从三组数据的最终结果也可以知道，圆弧拐弯带来的反射效果最小，斜切拐弯次之，直角拐弯的反射效果最明显。
这个实验展示了如何通过设计测量板，对PCB走线拐弯的影响进行合理的评估，以及其改良方式的可行性，对增强认知具有较好的借鉴参考意义。