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信号完整性(三):PCB走线宽度改变发生的反射

在进行PCB布线时,经常会发生这样的情况:走线通过某一区域时,由于该区域布线空间有限,不得不使用更细的线条,通过这一区域后,线条再恢复原来的宽度

在进行PCB布线时,常常会发生这样的状况:走线经过某一区域时,因为该区域布线空间有限,不得不运用更细的线条,经过这一区域后,线条再康复本来的宽度。走线宽度改变会引起阻抗改变,因而发生反射,对信号发生影响。那么什么状况下能够疏忽这一影响,又在什么状况下咱们有必要考虑它的影响?

有三个要素和这一影响有关:阻抗改变的巨细、信号上升时间、窄线条上信号的时延。

首要评论阻抗改变的巨细。许多电路的规划要求反射噪声小于电压摆幅的5%(这和信号上的噪声预算有关),依据反射系数公式:


以核算出阻抗大致的改变率要求为:


你或许知道,电路板上阻抗的典型目标为+/-10%,根本原因就在这。

假如阻抗改变只发生一次,例如线宽从8mil变到6mil后,一向坚持6mil宽度这种状况,要到达骤变处信号反射噪声不超越电压摆幅的5%这一噪声预算要求,阻抗改变有必要小于10%。这有时很难做到,以 FR4板材上微带线的状况为例,咱们核算一下。假如线宽8mil,线条和参阅平面之间的厚度为4mil,特性阻抗为46.5欧姆。线宽改变到6mil后特性阻抗变成54.2欧姆,阻抗改变率到达了20%。反射信号的起伏必定超支。至于对信号形成多大影响,还和信号上升时间和驱动端到反射点处信号的时延有关。但至少这是一个潜在的问题点。走运的是这时能够经过阻抗匹配端接解决问题。

假如阻抗改变发生两次,例如线宽从8mil变到6mil 后,拉出2cm后又变回8mil。那么在2cm长6mil宽线条的两个端点处都会发生反射,一次是阻抗变大,发生正反射,接着阻抗变小,发生负反射。假如两次反射间隔时间满足短,两次反射就有或许彼此抵消,然后减小影响。假定传输信号为1V,第一次正反射有0.2V被反射,1.2V持续向前传输,第2次反射有 -0.2*1.2 = 0.24v被反射回。再假定6mil线长度极短,两次反射简直同时发生,那么总的反射电压只需0.04V,小于5%这一噪声预算要求。因而,这种反射是否影响信号,有多大影响,和阻抗改变处的时延以及信号上升时间有关。研讨及试验标明,只需阻抗改变处的时延小于信号上升时间的20%,反射信号就不会形成问题。假如信号上升时间为1ns,那么阻抗改变处的时延小于0.2ns对应1.2英寸,反射就不会发生问题。也就是说,关于本例状况,6mil宽走线的长度只需小于3cm就不会有问题。

PCB走线线宽发生改变时,要依据实践状况仔细分析,是否形成影响。需求重视的参数由三个:阻抗改变有多大、信号上升时间是多少、线宽改变的颈状部分有多长。依据上面的办法大致预算一下,恰当留出必定的余量。假如或许的话,尽量让减小颈状部分长度。

需求指出的是,实践的PCB加工中,参数不或许像理论中那样准确,理论能对咱们的规划供给辅导,但不能照搬照抄,不能教条,究竟这是一门实践的科学。预算出的值要依据实践状况做恰当的修订,再应用到规划中。假如感觉经验不足,那就先保存点,然后在依据制形本钱恰当调整。

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