In PCB Bei der Verkabelung kommt es oft vor, dass eine dünnere Leitung verwendet werden muss, um durch einen Bereich mit begrenztem Verdrahtungsraum zu führen, und dann die Leitung auf ihre ursprüngliche Breite zurückgestellt wird. Eine Änderung der Linienbreite führt zu einer Impedanzänderung, die zu Reflexionen führt und das Signal beeinflusst. Wann können wir diesen Effekt ignorieren und wann müssen wir ihn berücksichtigen?

Drei Faktoren hängen mit diesem Effekt zusammen: die Größe der Impedanzänderung, die Signalanstiegszeit und die Verzögerung des Signals auf einer schmalen Leitung.

Zuerst wird die Größe der Impedanzänderung diskutiert. Das Design vieler Schaltungen erfordert, dass das reflektierte Rauschen weniger als 5 % des Spannungshubs beträgt (der mit dem Rauschbudget des Signals zusammenhängt), gemäß der Formel für den Reflexionskoeffizienten:

Die ungefähre Änderungsrate der Impedanz kann als △Z/Z1 ≤ 10 % berechnet werden. Wie Sie wahrscheinlich wissen, beträgt der typische Indikator für die Impedanz auf einem Board +/-10%, und das ist die Hauptursache.

Wenn die Impedanzänderung nur einmal auftritt, z. B. wenn sich die Linienbreite von 8 mil auf 6 mil ändert und 6 mil bleibt, muss die Impedanzänderung weniger als 10 % betragen, um die Anforderungen an das Rauschbudget zu erreichen, die das signalreflektierte Rauschen bei der abrupten Änderung erfüllt 5 % des Spannungshubs nicht überschreiten. Dies ist manchmal schwierig. Nehmen wir als Beispiel Mikrostreifenleitungen auf FR4-Platten. Rechnen wir mal. Wenn die Linienbreite 8 mil beträgt, beträgt die Dicke zwischen der Linie und der Bezugsebene 4 mil und die charakteristische Impedanz beträgt 46.5 Ohm. Wenn sich die Linienbreite auf 6 mil ändert, wird die charakteristische Impedanz 54.2 Ohm und die Impedanzänderungsrate erreicht 20%. Die Amplitude des reflektierten Signals muss den Standard überschreiten. Wie viel Einfluss auf das Signal hat, aber auch mit der Signalanstiegszeit und der Zeitverzögerung vom Treiber zum Reflexionspunktsignal. Aber es ist zumindest ein potenzieller Problempunkt. Glücklicherweise können Sie das Problem mit Impedanzanpassungsklemmen lösen.

Wenn die Impedanzänderung beispielsweise zweimal auftritt, ändert sich die Linienbreite von 8 mil auf 6 mil und ändert sich dann nach dem Herausziehen von 8 cm wieder auf 2 mil. Dann wird in einer 2 cm langen, 6 mil breiten Linie an den beiden Enden der Reflexion die Impedanz größer, positive Reflexion, und dann wird die Impedanz kleiner, negative Reflexion. Wenn die Zeit zwischen den Reflexionen kurz genug ist, können sich die beiden Reflexionen gegenseitig aufheben, wodurch der Effekt verringert wird. Unter der Annahme, dass das Übertragungssignal 1 V beträgt, werden 0.2 V in der ersten positiven Reflexion reflektiert, 1.2 V werden vorwärts übertragen und –0.2 × 1.2 = 0.24 V werden in der zweiten Reflexion zurückreflektiert. Unter der Annahme, dass die Länge der 6-mil-Leitung extrem kurz ist und die beiden Reflexionen fast gleichzeitig auftreten, beträgt die gesamte reflektierte Spannung nur 0.04 V, weniger als die Anforderung an das Rauschbudget von 5%. Ob und wie stark diese Reflexion das Signal beeinflusst, hängt daher von der Zeitverzögerung bei der Impedanzänderung und der Signalanstiegszeit ab. Studien und Experimente zeigen, dass das reflektierte Signal kein Problem verursacht, solange die Verzögerung bei der Impedanzänderung weniger als 20 % der Signalanstiegszeit beträgt. Wenn die Signalanstiegszeit 1 ns beträgt, dann beträgt die Verzögerung bei der Impedanzänderung weniger als 0.2 ns entsprechend 1.2 Zoll, und Reflexion ist kein Problem. Mit anderen Worten, in diesem Fall sollte eine 6 mil breite Drahtlänge von weniger als 3 cm kein Problem darstellen.

Wenn sich die Breite der Leiterplattenverdrahtung ändert, sollte sie entsprechend der tatsächlichen Situation sorgfältig analysiert werden, um festzustellen, ob dies Auswirkungen hat. Es gibt drei Parameter, über die man sich Gedanken machen muss: wie stark sich die Impedanz ändert, wie lange die Signalanstiegszeit und wie lange sich der halsartige Teil der Linienbreite ändert. Machen Sie eine grobe Schätzung basierend auf der obigen Methode und lassen Sie gegebenenfalls etwas Spielraum. Versuchen Sie, wenn möglich, die Halslänge zu reduzieren.

Es sollte darauf hingewiesen werden, dass bei der tatsächlichen Leiterplattenbearbeitung die Parameter nicht so genau sein können wie in der Theorie. Die Theorie kann unser Design leiten, aber sie kann nicht kopiert oder dogmatisch sein. Schließlich ist dies eine praktische Wissenschaft. Der geschätzte Wert sollte entsprechend der tatsächlichen Situation überarbeitet und dann auf die Konstruktion angewendet werden. Wenn Sie sich unerfahren fühlen, seien Sie konservativ und passen Sie sich den Herstellungskosten an.