（ ， ， ） Ｇ ｕ ａ ｎ Ｈ ｕ ａ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｅ Ｃ ｈ ａ ｎ ｃ ｈ ｕ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ Ｃ ｈ ａ ｎ ｃ ｈ ｕ ｎ ３ ０ ０ ３ ３，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ １ ｇ ｇ ｇ ｙ ｇ
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０ 引言
印制电路板 （ Ｐ Ｃ Ｂ） 是构成电路系 统 的 一 个 重 要 部 件 。 随 着电路工作速度的不断提高 ， 印制电路板不能被认为是理想 的 １］ 。 互联 ， 必须考虑印制电路板的寄生问题和传输线效应 ［ 在一些应用中传感器的输出阻抗较大且工作速度较高 ， 这 些应用归属为高速高阻抗模拟电路 。 由于输出阻抗较高 ， 在 输 出节点的任何电容都将限制电路的带宽 。 这时印制电路板的 寄 生电容就成为限制电路带宽的重要因素 。 如果输出节点的印 制 电路板走线较长 ， 则还会出现信号反射等传输线效应 。 为了 保 证高速模拟电 路 的 带 宽 ， 必 须 尽 量 减 小 印 制 电 路 板 的 寄 生 电 容 。 为了保证高速模拟电路的信号质量 ， 则要进行特性阻抗 的 匹配设计 。 所以对印制电路板的寄生参数分别从集总参数电 路
· ３ ０ ９ ６· 来自计算 机 测 量 与 控 制 ． ２ ０ １ ３． ２ １（ １ １） Ｃ ｏ ｍ ｕ ｔ ｅ ｒ Ｍ ｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ＆ Ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｐ
文献标识码 ： Ａ
算法 、 设计与应用

； 。 收稿日期 ： ２ ０ １ ３ ０ ６ １ ０ ２ ０ １ ３ ０ ８ ０ ８ － － 修回日期 ： － － 基金项目 ： 吉林省教育厅“ 十 二 五” 科学技术研究项目（ ２ ０ １ ３ ５ ７ ４； ） 。 ２ ０ １ １ ４ ５ ０ ， 作者简介 ： 张淑艳 （ 女， 吉林磐石人， 工学硕士， 讲师， 主要从 １ ９ ７ ８ －） 事嵌入式系统应用方向的研究 。
］ ２ ３ － 。根据 分 析 结 理论和传输线理论 两 种 情 况 进 行 建 模 和 分 析 ［ 果 ， 采用去除地平面的方法 ， 对高速高阻抗模拟电路的印制 电
１ ． １ 集总参数电路理论分析 基尔霍夫的集总参数电路理论的前提是信号在导线上的传 输不需要时间 。 这 表 明 导 线 上 的 各 点 电 压 在 同 一 时 刻 是 相 同 的 ， 也就是说 导 线 可 以 认 为 是 一 点 。 由 于 导 线 的 各 点 电 压 相 同 ， 因此电路理论里信 号 只 是 时 间 的 函 数 而 不 是 空 间 的 函 数 。 这时只要用集总参数电路理论的元件就能描述电路板走线的寄 生情况 。 即我们需要提 取 走 线 的 等 效 电 阻 Ｒ 等 效 电 感 Ｌ 和 等 效电容 Ｃ。 获得了 Ｒ Ｌ Ｃ 等 效 参 数 后，就 可 以 和 电 路 的 内 阻 一 起进行分析了 ， 如图 １ 所示 。
第１ １期
张淑艳 ， 等 ： 高速高阻抗模拟电路的印制电路板设计
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也是空间 的 函 数 。 因 此 ， 线 上 的 电 压 和 电 流 会 沿 着 走 线 而 变 ）和 （ 。可以看 化 。 解方程 （ １ ２） 可 以 得 到 方 程 （ ３） 和 （ ４） ／ 出这两个方程 是 典 型 的 波 动 方 程 。 它 们 的 解 具 有 ｆ （ ｔ－ｖ ｚ） ／ 或ｆ （ ｔ ＋ ｖ ｚ） 的形式 ， 分别代表信号沿正反两个方向传播 。 ２ ２ ） ） Ｖ（ ｚ， ｔ Ｖ（ ｚ， ｔ （ ） Ｃ ３ －Ｌ ＝０ ２ ２ ｚ ｔ ２ ２ （， （， ） ） ｚｔ ｚｔ Ｉ Ｉ （ ） Ｃ ４ －Ｌ ＝０ ２ ２ ｚ ｔ 给定边界条件后 ， 就能求出方程的特解 。 从方程组可以 获 得 的 一 个 非 常 重 要 的 参 数 就 是 特 性 阻 抗， 用 Ｚ 表 示， Ｚ＝ 。 如果特 性 阻 抗 和 端 接 电 阻 匹 配 ， 就 不 会 有 信 号 反 射 。 Ｃ 槡 传输线的模型如图 ２ 所示 ， 如果传输线的特性阻抗 Ｚ 等于源端 ， 那么信号会完全传输到负载而不会反射回源端 。 输出电阻 Ｒ ｓ ， 那么 特 性 阻 抗 只 是 ４ 为１ ０ ０ ０ｍ ｉ ｌ ０ ６ ． ２ ６ Ω。 所 以 ， 对 于 高 电 路输出阻抗的情况 ， 采用传输线的方法就不可实现 。 那么只 能 通过缩短走线的方法来降低寄生电容和减少传输线效应 。 仍 然 ） ，电路 设置上述走线参数 ， 即电路板厚度为 ２ｍｍ （ 即７ ８ｍ ｉ ｌ ，信号走线宽度为 ５ 板介电常数 为 ４， 铜 走 线 厚 度 为 １ ． ２ｍ ｉ ｌ ， ， 。如果 地线宽度为 信 号 线 和 地 线 的 间距为６ ｍ ｉ ｌ ５ｍ ｉ ｌ ３ｍ ｉ ｌ 走线较长 ， 例如 ５ ０ ０ ０ｍ ｉ ｌ长 ， 那 么 提 取 出 的 寄 生 参 数 为 ： 电 阻 Ｒ 较小 ， 可以忽略 ； 电感 Ｌ 为 １ ３ ４ｎ Ｈ； 电容 Ｃ 为 ３ ． ２ ５ｐ Ｆ。 ，那么寄生参数为：电阻 Ｒ 较 如果控 制 走 线 的 长 度 为 ５ ０ ０ｍ ｉ ｌ 小 ， 可以忽略 ； 电感 Ｌ 为 １ ３ ． ４ｎ Ｈ； 电容 Ｃ 为 ０ ． ３ ２ ５ｐ Ｆ。 走线 长度缩短既降低了寄生参数 ， 也减小了传输线的反射等问题 。
Ｐ Ｃ Ｂ Ｄ ｅ ｓ ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ Ｈ ｉ ｈ Ｓ ｅ ｅ ｄ Ｈ ｉ ｈ Ｉ ｍ ｅ ｄ ａ ｎ ｃ ｅ Ａ ｎ ａ ｌ ｏ Ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ｇ ｇ ｐ ｇ ｐ ｇ
，Ｗ ， ，Ｗ ， ， Ｚ ｈ ａ ｎ Ｓ ｈ ｕ ａ ｎ， Ｚ ｈ ｕ Ｊ ｕ ａ ｎ ａ ｎ Ｃ ｈ ａ ｏ Ｘ ｉ ａ ｏ Ｐ ｉ ｎ ｉ ｎ ａ ｎ Ｊ ｉ ｎ ｌ ｉ Ｔ ｉ ａ ｎ Ｊ ｉ ａ Ｌ ｉ Ｘ ｉ ａ ｏ ｕ ａ ｎ ｇ ｙ ｇ ｇ ｐ ｇ ｇ ｙ ｇ ｇ
１ ． ２ 传输线理论分析 实际上基尔霍夫集总参数电路理论由于忽略了信号随空间 的变化 ， 因此只是低频近似理论 。 当电路工作频率提高 时 ， 信 号就会出现反 射 等 现 象 。 这 时 就 需 要 用 传 输 线 理 论 来 进 行 分 析 。 传输线理论可以利用分布参数的方法进行分析 。 它把长 线 分割成无限短的短线 ， 然后在例如电路理论来建立方程 。 所 以 可以通过解 传 输 线 方 程 来 确 定 传 输 线 的 行 为 。 方 程 （ １） 和 （ ） 。 ２ 描述了传输线的情况 ） ） Ｉ（ ｚ， ｔ Ｖ（ ｚ， ｔ （ ） １ ＝－Ｃ ｚ ｔ ） ） Ｖ（ ｚ， ｔ Ｉ（ ｚ， ｔ （ ） ２ ＝－Ｌ ｚ ｔ 式中 ：Ｌ 为走线 单 位 长 度 的 电 感 ，Ｃ 为 走 线 单 位 长 度 的 电 容 。 一般情况下等效电阻很小 ， 因此这里忽略电阻 ， 即为无损传 输 线方程 。 从上面方程可以看出 ， 电压和电流不仅是时间的函 数
（ ） 文章编号 ： １ ６ ７ １ ４ ５ ９ ８ ２ ０ １ ３ １ １ ３ ０ ９ ６ ０ ２ ＴＮ ７ ０ ９ － － － 中图分类号 ：