PCB走線寬度變化產(chǎn)生的反射

印刷電路板走線寬度變化引起的反射
當(dāng)進(jìn)行印刷電路板布線時(shí)，經(jīng)常會(huì)發(fā)生這樣的情況，當(dāng)布線穿過某個(gè)區(qū)域時(shí)，由于該區(qū)域的布線空間有限，必須使用較細(xì)的線，并且在穿過該區(qū)域后，線恢復(fù)其原始寬度。走線寬度的變化會(huì)引起阻抗變化，因此會(huì)發(fā)生反射，從而影響信號(hào)。那么在什么情況下我們可以忽略這種影響，在什么情況下我們必須考慮它的影響？
與這種影響相關(guān)的因素有三個(gè)：阻抗變化的幅度、信號(hào)的上升時(shí)間和窄線上信號(hào)的時(shí)間延遲。
首先，討論阻抗變化的幅度。許多電路的設(shè)計(jì)要求反射噪聲小于電壓擺幅的5%(這與信號(hào)的噪聲預(yù)算有關(guān))。根據(jù)反射系數(shù)公式，
可以計(jì)算出阻抗要求的近似變化率。
如果阻抗變化僅發(fā)生一次，例如，當(dāng)線寬從8mil變?yōu)?mil，并且寬度保持在6mil時(shí)，阻抗變化必須小于10%，以滿足噪聲預(yù)算要求，即突變時(shí)的信號(hào)反射噪聲不應(yīng)超過電壓擺幅的5%。這有時(shí)很難做到。以FR4板上的微帶線為例，進(jìn)行計(jì)算。如果線寬為8密耳，則線與參考平面之間的厚度為4密耳，特征阻抗為46.5 歐姆。當(dāng)線寬變?yōu)?密耳時(shí)，特征阻抗變?yōu)?4.2 歐姆，阻抗變化率達(dá)到20%。反射信號(hào)的幅度必須超過標(biāo)準(zhǔn)。至于對(duì)信號(hào)的影響，它也與信號(hào)的上升時(shí)間和從驅(qū)動(dòng)端到反射點(diǎn)處信號(hào)的時(shí)間延遲有關(guān)。但至少這是一個(gè)潛在的問題。幸運(yùn)的是，這個(gè)問題可以通過阻抗匹配終端來解決。
例如，如果阻抗變化兩次，當(dāng)線寬從8mil變?yōu)?mil后，它被拉出2cm，然后又變回8mil。然后點(diǎn)處將在2厘米長和6密耳寬的線的兩端反射，一旦阻抗變大并發(fā)生正反射，那么阻抗變小并發(fā)生負(fù)反射。如果兩次反射之間的間隔足夠短，兩次反射可能會(huì)相互抵消，從而減小影響。假設(shè)傳輸信號(hào)為1V，0.2V在第一次正常反射中被反射，1.2V繼續(xù)向前傳輸，并且-0.2*1.2=0.24v在第二次反射中被反射回來。假設(shè)6密耳線的長度非常短，兩次反射幾乎同時(shí)發(fā)生，總反射電壓僅為0.04伏，低于5%的噪聲預(yù)算要求。因此，這種反射是否影響信號(hào)以及影響程度取決于阻抗變化的時(shí)間延遲和信號(hào)的上升時(shí)間。研究和實(shí)驗(yàn)表明，只要阻抗變化的時(shí)間延遲小于信號(hào)上升時(shí)間的20%，反射信號(hào)就不會(huì)引起問題。如果信號(hào)上升時(shí)間為1ns，阻抗變化的時(shí)間延遲小于0.2ns(對(duì)應(yīng)于1.2英寸)，反射不會(huì)造成問題。也就是說，在這種情況下，只要6密耳寬的跡線的長度小于3厘米，就不會(huì)有問題。
當(dāng)印刷電路板布線的線寬發(fā)生變化時(shí)，有必要根據(jù)實(shí)際情況仔細(xì)分析，看是否會(huì)造成影響。有三個(gè)參數(shù)需要注意：阻抗變化有多大，信號(hào)上升多長時(shí)間，以及線寬的頸部變化多長時(shí)間。根據(jù)以上方法，做一個(gè)粗略的估計(jì)，并留有一定的余地。如果可能的話，盡量縮短脖子的長度。
需要指出的是，在實(shí)際的印刷電路板加工中，參數(shù)不能像理論中那樣精確，理論可以為我們的設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)，但不能照搬和教條。畢竟，這是一門實(shí)踐科學(xué)。估算值應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行修正，然后應(yīng)用于設(shè)計(jì)。如果你覺得沒有經(jīng)驗(yàn)，首先要保守，然后根據(jù)制造成本做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。