In PCB fiação, muitas vezes acontece que uma linha mais fina tem que ser usada para passar por uma área onde há espaço de fiação limitado e, em seguida, a linha é restaurada à sua largura original. Uma mudança na largura da linha causará uma mudança na impedância, o que resultará em reflexão e afetará o sinal. Portanto, quando podemos ignorar esse efeito e quando devemos considerá-lo?

Três fatores estão relacionados a esse efeito: a magnitude da alteração da impedância, o tempo de subida do sinal e o atraso do sinal em uma linha estreita.

Primeiro, a magnitude da mudança de impedância é discutida. O projeto de muitos circuitos requer que o ruído refletido seja inferior a 5% da oscilação de tensão (que está relacionada ao orçamento de ruído no sinal), de acordo com a fórmula do coeficiente de reflexão:

A taxa de alteração aproximada da impedância pode ser calculada como △ Z / Z1 ≤ 10%. Como você provavelmente sabe, o indicador típico de impedância em uma placa é +/- 10%, e essa é a causa raiz.

Se a mudança de impedância ocorre apenas uma vez, como quando a largura da linha muda de 8mil para 6mil e permanece 6mil, a mudança de impedância deve ser inferior a 10% para atingir o requisito de orçamento de ruído que o sinal refletido de ruído na mudança abrupta não exceda 5% da oscilação de tensão. Isso às vezes é difícil de fazer. Veja o caso das linhas de microfita em placas FR4 como exemplo. Vamos calcular. Se a largura da linha for 8mil, a espessura entre a linha e o plano de referência é 4mil e a impedância característica é 46.5 ohms. Quando a largura da linha muda para 6mil, a impedância característica torna-se 54.2 ohm e a taxa de alteração da impedância atinge 20%. A amplitude do sinal refletido deve exceder o padrão. Quanto ao impacto no sinal, mas também com o tempo de subida do sinal e o atraso do driver até o ponto de reflexão do sinal. Mas é pelo menos um local com potencial problema. Felizmente, você pode resolver o problema com terminais de casamento de impedância.

Se a mudança de impedância acontecer duas vezes, por exemplo, a largura da linha muda de 8mil para 6mil, e então muda de volta para 8mil após puxar 2cm. Então, em uma linha de 2 cm de comprimento e 6mil de largura nas duas extremidades da reflexão, uma é que a impedância torna-se maior, reflexão positiva, e então a impedância torna-se menor, reflexão negativa. Se o tempo entre as reflexões for curto o suficiente, as duas reflexões podem se anular, reduzindo o efeito. Supondo que o sinal de transmissão seja de 1 V, 0.2 V é refletido na primeira reflexão positiva, 1.2 V é transmitido para a frente e -0.2 * 1.2 = 0.24 V é refletido de volta na segunda reflexão. Supondo que o comprimento da linha de 6mil seja extremamente curto e as duas reflexões ocorram quase simultaneamente, a tensão refletida total é de apenas 0.04 V, menos do que o requisito de orçamento de ruído de 5%. Portanto, se e o quanto essa reflexão afeta o sinal depende do atraso na alteração da impedância e do tempo de subida do sinal. Estudos e experimentos mostram que, enquanto o atraso na alteração da impedância for inferior a 20% do tempo de subida do sinal, o sinal refletido não causará problemas. Se o tempo de subida do sinal for 1 ns, então o atraso na alteração da impedância é menor que 0.2 ns, correspondendo a 1.2 polegadas, e a reflexão não é um problema. Em outras palavras, neste caso, um comprimento de fio de 6mil de largura menor que 3cm não deve ser um problema.

Quando a largura da fiação da PCB muda, ela deve ser cuidadosamente analisada de acordo com a situação real para ver se há algum impacto. Há três parâmetros para se preocupar: quanto a impedância muda, por quanto tempo o sinal aumenta e por quanto tempo a parte semelhante a pescoço da largura da linha muda. Faça uma estimativa aproximada com base no método acima e deixe alguma margem conforme apropriado. Se possível, tente reduzir o comprimento do pescoço.

Deve-se ressaltar que, no processamento real de PCB, os parâmetros não podem ser tão precisos quanto aqueles em teoria. A teoria pode fornecer orientação para nosso design, mas não pode ser copiada ou dogmática. Afinal, esta é uma ciência prática. O valor estimado deve ser revisado de acordo com a situação real e, em seguida, aplicado ao projeto. Se você se sentir inexperiente, seja conservador e ajuste-se ao custo de fabricação.