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線路板走線寬度變化產生的反射

當發生PCB布線時,通常情況是當線路穿過一個區域時,由于該區域中的布線空間有限,線路必須使用較細的線路,線路通過該線路恢復到其原始寬度。線寬變化引起阻抗變化,因此發生反射,影響信號。那么何時可以忽略這種影響,在什么情況下我們必須考慮其影響?
 
這種效應有三個因素:阻抗變化的大小,信號上升的時間以及窄線上信號的延遲。首先,討論阻抗變化的大小。
 
許多電路的設計要求反射噪聲小于電壓擺幅的5%(與信號上的噪聲預算有關),根據系數公式:z2-Z1 /(Z2-Z1)s / Z2 -Z1)s / ZZ-Z1-5%可以計算出阻抗要求的近似變化率cZ / Z1×10%
 
您可能知道,電路板上阻抗的典型指標是加/ 10%,根本原因在這里。如果阻抗變化僅發生一次,例如,線寬從8mil變為6mil,這種情況一直保持6mil寬度,以滿足突變時信號反射噪聲的噪聲預算要求,不超過電壓擺幅的5% ,阻抗變化必須小于10%。這有時很難做到,在FR4板上的微帶線作為例子讓我們計算。如果線寬為8mil,則線與參考平面之間的厚度為4mil,特征阻抗為46.5歐姆。線寬變為6mil后,特征阻抗變為54.2歐姆,阻抗變化率達到20%。反射信號的范圍必須超過標準。至于信號有多大影響,它還與信號上升時間和從驅動端到反射點的信號延遲有關。但至少這是一個潛在的問題點。
 
幸運的是,這個問題可以通過阻抗匹配終止來解決。例如,如果阻抗變化發生兩次,則線寬從8mil變為6mil,拉出2cm然后變回8mil。然后在2cm長的2mil寬線的兩端會發生反射,一旦阻抗變大,就會發生正反射,然后阻抗變小,發生負反射。如果反射之間的間隔足夠短,則兩個反射可能相互抵消,從而減少了影響。假設傳輸信號為1V,第一正反射反射0.2V,1.2V繼續向前傳輸,第二反射反射回-0.2×1.2×0.24V。假設6mil線的長度極短且兩次反射幾乎同時發生,則總反射電壓僅為0.04V,小于噪聲預算要求的5%。因此,該反射是否影響信號,與阻抗變化的延遲和信號上升的時間有多大的影響。研究和實驗表明,只要阻抗變化的延遲小于信號上升時間的20%,反射信號就不會引起問題。如果信號以1ns上升,則阻抗變化的延遲小于0.2ns(1.2英寸),并且反射不會引起問題。
 
也就是說,在這種情況下,只要小于3cm,6mil寬線的長度就不會成為問題。當PCB線寬變化時,要根據實際情況仔細分析,是否有影響。需要注意三個參數:阻抗變化多少,信號上升多長,以及線寬頸部變化多長。基于以上方法,粗略估計,適當預留一定數量的保證金。
 
如果可能,嘗試減少頸部的長度。需要指出的是,在實際的PCB加工中,參數不能像理論那樣精確,理論可以指導我們的設計,但不能復制,不能教條,畢竟這是科學的實踐。估算值應根據實際情況進行修改,然后應用于設計。

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