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PCB走線寬度變化產(chǎn)生的反射

文章出處:http://m.qyrtzss.cn網(wǎng)責(zé)任編輯:恒成和電路板作者:恒成和線路板人氣:-發(fā)表時(shí)間:2014-10-18 09:45:00

在進(jìn)行PCB布線時(shí),經(jīng)常會(huì)發(fā)生這樣的情況:走線通過某一區(qū)域時(shí),由于該區(qū)域布線空間有限,不得不使用更細(xì)的線條,通過這一區(qū)域后,線條再恢復(fù)原來的寬度。走線寬度變化會(huì)引起阻抗變化,因此發(fā)生反射,對信號(hào)產(chǎn)生影響。那么什么情況下可以忽略這一影響,又在什么情況下我們必須考慮它的影響?有三個(gè)因素和這一影響有關(guān):阻抗變化的大小、信號(hào)上升時(shí)間、窄線條上信號(hào)的時(shí)延。 

PCB

首先討論阻抗變化的大小。很多電路的設(shè)計(jì)要求反射噪聲小于電壓擺幅的5%(這和信號(hào)上的噪聲預(yù)算有關(guān)),根據(jù)反射系數(shù)公式: 

ρ=(Z2-Z1)/(Z2+Z1) =△Z /(△Z+2Z1)≤5% 

可以計(jì)算出阻抗大致的變化率要求為:△Z/Z1≤10% 

你可能知道,電路板上阻抗的典型指標(biāo)為+/-10%,根本原因就在這。 

如果阻抗變化只發(fā)生一次,例如線寬從8mil變到6mil后,一直保持6mil寬度這種情況,要達(dá)到突變處信號(hào)反射噪聲不超過電壓擺幅的5%這一噪聲預(yù)算要求,阻抗變化必須小于10%.這有時(shí)很難做到,以FR4板材上微帶線的情況為例,我們計(jì)算一下。如果線寬8mil,線條和參考平面之間的厚度為4mil,特性阻抗為46.5歐姆。線寬變化到6mil后特性阻抗變成54.2歐姆,阻抗變化率達(dá)到了20%.反射信號(hào)的幅度必然超標(biāo)。至于對信號(hào)造成多大影響,還和信號(hào)上升時(shí)間和驅(qū)動(dòng)端到反射點(diǎn)處信號(hào)的時(shí)延有關(guān)。但至少這是一個(gè)潛在的問題點(diǎn)。幸運(yùn)的是這時(shí)可以通過阻抗匹配端接解決問題。 

如果阻抗變化發(fā)生兩次,例如線寬從8mil變到6mil后,拉出2cm后又變回8mil.那么在2cm長6mil寬線條的兩個(gè)端點(diǎn)處都會(huì)發(fā)生反射,一次是阻抗變大,發(fā)生正反射,接著阻抗變小,發(fā)生負(fù)反射。如果兩次反射間隔時(shí)間足夠短,兩次反射就有可能相互抵消,從而減小影響。假設(shè)傳輸信號(hào)為1V,第一次正反射有0.2V被反射,1.2V繼續(xù)向前傳輸,第二次反射有-0.2*1.2 = 0.24v被反射回。再假設(shè)6mil線長度極短,兩次反射幾乎同時(shí)發(fā)生,那么總的反射電壓只有0.04V,小于5%這一噪聲預(yù)算要求。因此,這種反射是否影響信號(hào),有多大影響,和阻抗變化處的時(shí)延以及信號(hào)上升時(shí)間有關(guān)。研究及實(shí)驗(yàn)表明,只要阻抗變化處的時(shí)延小于信號(hào)上升時(shí)間的20%,反射信號(hào)就不會(huì)造成問題。如果信號(hào)上升時(shí)間為1ns,那么阻抗變化處的時(shí)延小于0.2ns對應(yīng)1.2英寸,反射就不會(huì)產(chǎn)生問題。也就是說,對于本例情況,6mil寬走線的長度只要小于3cm就不會(huì)有問題。 

當(dāng)PCB走線線寬發(fā)生變化時(shí),要根據(jù)實(shí)際情況仔細(xì)分析,是否造成影響。需要關(guān)注的參數(shù)由三個(gè):阻抗變化有多大、信號(hào)上升時(shí)間是多少、線寬變化的頸狀部分有多長。根據(jù)上面的方法大致估算一下,適當(dāng)留出一定的余量。如果可能的話,盡量讓減小頸狀部分長度。 

需要指出的是,實(shí)際的PCB加工中,參數(shù)不可能像理論中那樣精確,理論能對我們的設(shè)計(jì)提供指導(dǎo),但不能照搬照抄,不能教條,畢竟這是一門實(shí)踐的科學(xué)。估算出的值要根據(jù)實(shí)際情況做適當(dāng)?shù)男抻?,再?yīng)用到設(shè)計(jì)中。

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