行业 | 为什么PCB走线中避免出现直角?直角走线真的那么可怕吗?

PCB设计中应避免产生锐角和直角，产生不必要的辐射，同时工艺性能也不好。——这是PCB布线基本规则中的“倒角规则”。通常，我们都会多次强调直角走线是PCB布线中要求尽量避免的情况，而这也几乎成为衡量布线好坏的标准之一。那么，直角走线究竟会对信号传输产生多大的影响呢？

▲倒角规则

直角走线的对信号的影响

直角走线的对信号的影响就是主要体现在三个方面：

一是拐角可以等效为传输线上的容性负载，减缓上升时间；

二是阻抗不连续会造成信号的反射；

三是直角尖端产生的EMI。

一、直角走线的电容效应

传输线的直角带来的寄生电容可以由下面这个经验公式来计算：

C=61W(Er)1/2/Z0

在上式中，C就是指拐角的等效电容（单位：pF），W指走线的宽度（单位：inch），εr指介质的介电常数，Z0就是传输线的特征阻抗。

举个例子，对于一个4Mils的50欧姆传输线（εr为4.3）来说，一个直角带来的电容量大概为0.0101pF，进而可以估算由此引起的上升时间变化量：

T10-90%=2.2*C*Z0/2 = 2.2*0.0101*50/2 = 0.556ps

通过计算可以看出，直角走线带来的电容效应是极其微小的。

二、阻抗不连续造成信号的反射

从原理上说，锐角、直角走线会使传输线的线宽发生变化，造成阻抗的不连续。阻抗不连续就会反射。

由于直角走线的线宽增加，该处的阻抗将减小，于是会产生一定的信号反射现象，我们可以根据阻抗计算公式来算出线宽增加后的等效阻抗，然后根据经验公式计算反射系数：ρ=(Zs-Z0)/(Zs+Z0)，一般直角走线导致的阻抗变化在7%-20%之间，因而反射系数最大为0.1左右。

事实上，不光是直角走线，顿角，锐角走线都可能会造成阻抗变化的情况，所以理论上最好的拐角方式是圆弧，但是一般设计中我们都是使用45°/135°拐角，圆弧拐角一般只是出现在RF射频PCB中，要求无损传输的情况下。

三、直角尖端产生的EMI

很多人对直角走线都有这样的理解，认为尖端容易发射或接收电磁波，产生EMI，这也成为许多人认为不能直角走线的理由之一。然而很多实际测试的结果显示，直角走线并不会比直线产生很明显的EMI。也许目前的仪器性能，测试水平制约了测试的精确性，但至少说明了一个问题，直角走线的辐射已经小于仪器本身的测量误差。

总的说来，直角走线并不是想象中的那么可怕。至少在非射频及高速电路的应用中，其产生的任何诸如电容，反射，EMI等效应在TDR测试中几乎体现不出来，高速PCB设计工程师的重点还是应该放在布局，电源/地设计，走线设计，过孔等其他方面。

当然，尽管直角走线带来的影响不是很严重，但并不是说我们以后都可以走直角线，注意细节是每个优秀工程师必备的基本素质，而且，随着数字电路的飞速发展，PCB工程师处理的信号频率也会不断提高，到10GHz以上的RF设计领域，这些小小的直角都可能成为高速问题的重点对象。