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PCB板走线宽度变化产生的反射

编辑:PCB    来源:未知    发布时间:2020-04-21 16:01    浏览量:
     当PCB布线发生时,通常情况是当布线穿过一个区域时,由于该区域的布线空间有限,必须使用更精细的线路,并且在穿过该区域后,该线恢复到原来的宽度。线宽的变化将导致阻抗变化,因此发生反射,这对信号有影响。那么在什么情况下可以忽略这种影响,在什么情况下大家必须考虑其影响呢?
     这种效应有三个因素:阻抗变化的大小,信号上升时间和窄线上信号的延迟。首先讨论阻抗变化的大小。根据反射系数公式,许多电路的设计要求反射噪声小于电压摆幅的5%(与信号上的噪声预算有关):阻抗的近似变化率可以如下计算:
     您可能知道,电路板上阻抗的典型指标是+/- 10%,其根本原因在于此处。如果阻抗变化仅发生一次,例如,当线宽从8mil变为6mil时,在这种情况下保持6mil宽度,以实现突变信号反射噪声不超过该噪声预算的电压摆幅的5%要求,阻抗变化必须小于10%。这有时很难做到,以FR4板上的微带线为例,大家计算它。如果线宽为8密耳,则线与参考平面之间的厚度为4密耳,特征阻抗为46.5欧姆。线宽变为6mil后,特征阻抗变为54.2欧姆,阻抗变化率达到20%。反射信号的幅度必然超过标准。至于对信号的影响,它还与信号上升时间和驱动端信号到反射点的延迟有关。但至少这是一个潜在的问题点。
     幸运的是,这个问题可以通过阻抗匹配终止来解决。如果阻抗变化发生两次,例如当线宽从8mil变为6mil时,拉出2cm然后再回到8mil。然后在2cm长6mil宽线的两个端点处发生反射,一次阻抗变大,发生正反射,然后阻抗变小并且发生负反射。如果两个反射间隔足够短,则两个反射可能相互抵消,从而减少了影响。假设传输信号为1V,第一正反射具有0.2V反射,1.2V继续向前传输,第二反射具有-0.2 * 1.2 = 0.24v被反射回来。假设6mil线的长度非常短并且几乎同时发生两次反射,则总反射电压仅为0.04V,小于噪声预算要求的5%。因此,这种反射是否影响信号,延迟和信号上升时间的影响和阻抗变化是否相关。研究和实验表明,只要阻抗变化的延迟小于信号上升时间的20%,反射信号就不会引起问题。如果信号上升时间为1ns,那么阻抗变化时的易延消0.2ns对应1.2英寸,并且反射不会引起问题。
     也就是说,对于这种情况,6mil宽线的长度只要小于3cm就不成问题。当PCB线宽变化时,应根据实际情况仔细分析,是否引起冲击。要考虑的参数来自三个:阻抗变化的大小,信号上升时间是多少,以及线宽变化的颈部变化多长。根据以上方法粗略估算,适当预留一定数量的保证金。
如果可能,尝试减少颈部的长度。需要指出的是,在实际的PCB加工中,参数不能像理论一样准确,理论上给大家的设计提供引导,但不能复制,不能教条,毕竟这是一种做法科学。估算值应根据实际情况进行修改,并应用于设计。如果你觉得没经验,先保守,然后适当调整制造成本。

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