In PCB okablowanie, często zdarza się, że cieńsza linia musi przejść przez obszar o ograniczonej przestrzeni na okablowanie, a następnie linia jest przywracana do pierwotnej szerokości. Zmiana szerokości linii spowoduje zmianę impedancji, co spowoduje odbicie i wpłynie na sygnał. Kiedy więc możemy zignorować ten efekt, a kiedy musimy rozważyć jego skutki?

Z tym efektem wiążą się trzy czynniki: wielkość zmiany impedancji, czas narastania sygnału oraz opóźnienie sygnału na wąskiej linii.

Najpierw omówiono wielkość zmiany impedancji. Konstrukcja wielu obwodów wymaga, aby szum odbity był mniejszy niż 5% wahań napięcia (co jest związane z budżetem szumów na sygnale), zgodnie ze wzorem współczynnika odbicia:

Przybliżoną szybkość zmian impedancji można obliczyć jako △Z/Z1 ≤ 10%. Jak zapewne wiesz, typowy wskaźnik impedancji na płycie wynosi +/-10% i to jest główna przyczyna.

Jeśli zmiana impedancji występuje tylko raz, na przykład, gdy szerokość linii zmienia się z 8mil na 6mil i pozostaje 6mil, zmiana impedancji musi być mniejsza niż 10%, aby osiągnąć wymaganie budżetu hałasu, jaki powoduje odbity szum sygnału przy nagłej zmianie nie przekraczać 5% wahań napięcia. Czasami jest to trudne. Jako przykład weźmy przypadek linii mikropaskowych na płytkach FR4. Obliczmy. Jeśli szerokość linii wynosi 8 mil, grubość między linią a płaszczyzną odniesienia wynosi 4 mil, a impedancja charakterystyczna wynosi 46.5 omów. Gdy szerokość linii zmienia się na 6 mil, impedancja charakterystyczna wynosi 54.2 oma, a szybkość zmiany impedancji osiąga 20%. Amplituda odbitego sygnału musi przekraczać normę. Co do tego, jaki wpływ na sygnał, ale także na czas narastania sygnału i opóźnienie czasowe od sterownika do sygnału punktu odbicia. Ale to przynajmniej potencjalny problem. Na szczęście problem można rozwiązać za pomocą zacisków dopasowujących impedancję.

Jeśli zmiana impedancji nastąpi na przykład dwukrotnie, szerokość linii zmieni się z 8mil na 6mil, a następnie zmieni się z powrotem na 8mil po wyciągnięciu 2cm. Następnie w linii o długości 2 cm i szerokości 6 mil na dwóch końcach odbicia, impedancja staje się większa, dodatnie odbicie, a następnie impedancja staje się mniejsza, ujemne odbicie. Jeśli czas między odbiciami jest wystarczająco krótki, dwa odbicia mogą się wzajemnie znosić, zmniejszając efekt. Zakładając, że sygnał transmisyjny to 1V, 0.2V jest odbijane w pierwszym dodatnim odbiciu, 1.2V jest przesyłane do przodu, a -0.2*1.2 = 0.24V odbijane jest z powrotem w drugim odbiciu. Zakładając, że długość linii 6 mil jest wyjątkowo krótka, a dwa odbicia występują prawie jednocześnie, całkowite odbite napięcie wynosi tylko 0.04 V, mniej niż wymagany budżet szumów wynoszący 5%. Dlatego to, czy iw jakim stopniu to odbicie wpływa na sygnał, zależy od opóźnienia czasowego przy zmianie impedancji oraz czasu narastania sygnału. Badania i eksperymenty pokazują, że dopóki opóźnienie przy zmianie impedancji jest mniejsze niż 20% czasu narastania sygnału, odbity sygnał nie będzie stanowił problemu. Jeśli czas narastania sygnału wynosi 1 ns, to opóźnienie przy zmianie impedancji jest mniejsze niż 0.2 ns, co odpowiada 1.2 cala, a odbicie nie stanowi problemu. Innymi słowy, w tym przypadku długość przewodu o szerokości 6 mil poniżej 3 cm nie powinna stanowić problemu.

Gdy zmienia się szerokość okablowania PCB, należy to dokładnie przeanalizować zgodnie z rzeczywistą sytuacją, aby sprawdzić, czy ma to jakikolwiek wpływ. Należy zwrócić uwagę na trzy parametry: jak bardzo zmienia się impedancja, jak długo czas narastania sygnału i jak długo zmienia się część szerokości linii przypominająca szyjkę. Dokonaj przybliżonego oszacowania w oparciu o powyższą metodę i pozostaw odpowiedni margines. Jeśli to możliwe, spróbuj skrócić długość szyi.

Należy zauważyć, że w rzeczywistym przetwarzaniu PCB parametry nie mogą być tak dokładne, jak te w teorii. Teoria może dostarczyć wskazówek dla naszego projektu, ale nie można jej kopiować ani dogmatyzować. W końcu jest to nauka praktyczna. Szacunkową wartość należy skorygować zgodnie ze stanem faktycznym, a następnie zastosować do projektu. Jeśli czujesz się niedoświadczony, zachowaj ostrożność i dostosuj się do kosztów produkcji.