In PCB cablaggio, capita spesso di dover utilizzare una linea più sottile per passare attraverso un’area in cui lo spazio di cablaggio è limitato, e quindi la linea viene ripristinata alla sua larghezza originale. Un cambiamento nella larghezza della linea causerà un cambiamento nell’impedenza, che si tradurrà in riflessione e influenzerà il segnale. Quindi, quando possiamo ignorare questo effetto e quando dobbiamo considerare il suo effetto?

Tre fattori sono legati a questo effetto: l’entità della variazione di impedenza, il tempo di salita del segnale e il ritardo del segnale su una linea stretta.

In primo luogo, viene discussa l’entità della variazione di impedenza. La progettazione di molti circuiti richiede che il rumore riflesso sia inferiore al 5% dell’oscillazione di tensione (che è correlata al budget di rumore sul segnale), secondo la formula del coefficiente di riflessione:

Il tasso di variazione approssimativo dell’impedenza può essere calcolato come △Z/Z1 ≤ 10%. Come probabilmente saprai, il tipico indicatore di impedenza su una scheda è +/-10%, e questa è la causa principale.

Se la variazione di impedenza si verifica solo una volta, ad esempio quando la larghezza della linea cambia da 8 mil a 6 mil e rimane a 6 mil, la variazione di impedenza deve essere inferiore al 10% per raggiungere il requisito del budget di rumore che il segnale riflette il rumore al cambiamento improvviso non superare il 5% dell’oscillazione di tensione. Questo a volte è difficile da fare. Prendiamo come esempio il caso delle linee di microstriscia su piastre FR4. Calcoliamo. Se la larghezza della linea è 8 mil, lo spessore tra la linea e il piano di riferimento è 4 mil e l’impedenza caratteristica è 46.5 ohm. Quando la larghezza della linea cambia a 6 mil, l’impedenza caratteristica diventa 54.2 ohm e il tasso di variazione dell’impedenza raggiunge il 20%. L’ampiezza del segnale riflesso deve superare lo standard. Per quanto riguarda l’impatto sul segnale, ma anche con il tempo di salita del segnale e il ritardo di tempo dal driver al segnale del punto di riflessione. Ma è almeno un potenziale punto problematico. Fortunatamente, puoi risolvere il problema con i terminali di adattamento dell’impedenza.

Se la modifica dell’impedenza avviene due volte, ad esempio, la larghezza della linea cambia da 8mil a 6mil, per poi tornare a 8mil dopo aver tirato fuori 2 cm. Quindi in una linea lunga 2 cm e larga 6 mil alle due estremità della riflessione, una è che l’impedenza diventa più grande, riflessione positiva, e quindi l’impedenza diventa più piccola, riflessione negativa. Se il tempo tra le riflessioni è sufficientemente breve, le due riflessioni possono annullarsi a vicenda, riducendo l’effetto. Supponendo che il segnale di trasmissione sia 1 V, 0.2 V viene riflesso nella prima riflessione positiva, 1.2 V viene trasmesso in avanti e -0.2*1.2 = 0.24 V viene riflesso nella seconda riflessione. Supponendo che la lunghezza della linea da 6 mil sia estremamente breve e che le due riflessioni avvengano quasi contemporaneamente, la tensione riflessa totale è di soli 0.04 V, inferiore al requisito del budget di rumore del 5%. Pertanto, se e quanto questa riflessione influisce sul segnale dipende dal ritardo di tempo alla variazione di impedenza e dal tempo di salita del segnale. Studi ed esperimenti mostrano che finché il ritardo alla variazione di impedenza è inferiore al 20% del tempo di salita del segnale, il segnale riflesso non causerà problemi. Se il tempo di salita del segnale è di 1 ns, il ritardo alla variazione di impedenza è inferiore a 0.2 ns corrispondente a 1.2 pollici e la riflessione non è un problema. In altre parole, in questo caso, una lunghezza del cavo di 6 mil di larghezza inferiore a 3 cm non dovrebbe essere un problema.

Quando la larghezza del cablaggio del PCB cambia, dovrebbe essere attentamente analizzata in base alla situazione reale per vedere se c’è qualche impatto. Ci sono tre parametri di cui preoccuparsi: quanto cambia l’impedenza, quanto dura il tempo di salita del segnale e quanto cambia la parte simile al collo della larghezza della linea. Fai una stima approssimativa basata sul metodo sopra e lascia un margine a seconda dei casi. Se possibile, prova a ridurre la lunghezza del collo.

Va sottolineato che nell’elaborazione effettiva del PCB, i parametri non possono essere accurati come quelli in teoria. La teoria può fornire una guida per il nostro design, ma non può essere copiata o dogmatica. Dopotutto, questa è una scienza pratica. Il valore stimato dovrebbe essere rivisto in base alla situazione reale e quindi applicato al progetto. Se ti senti inesperto, sii prudente e adattati al costo di produzione.