In PCB การเดินสายมักเกิดขึ้นที่ต้องใช้เส้นที่บางกว่าเพื่อผ่านบริเวณที่มีพื้นที่เดินสายจำกัด จากนั้นเส้นจะกลับคืนสู่ความกว้างเดิม การเปลี่ยนแปลงความกว้างของเส้นจะทำให้อิมพีแดนซ์เปลี่ยนแปลง ซึ่งจะส่งผลให้เกิดการสะท้อนและส่งผลต่อสัญญาณ แล้วเมื่อไหร่ที่เราจะละเลยผลกระทบนี้ และเมื่อใดที่เราต้องพิจารณาผลกระทบของมัน?

ปัจจัยสามประการที่เกี่ยวข้องกับผลกระทบนี้: ขนาดของการเปลี่ยนแปลงอิมพีแดนซ์ เวลาที่เพิ่มขึ้นของสัญญาณ และความล่าช้าของสัญญาณบนเส้นแคบ

อันดับแรก จะมีการกล่าวถึงขนาดของการเปลี่ยนแปลงอิมพีแดนซ์ การออกแบบวงจรจำนวนมากต้องการให้เสียงสะท้อนน้อยกว่า 5% ของแรงดันสวิง (ซึ่งเกี่ยวข้องกับงบประมาณเสียงของสัญญาณ) ตามสูตรสัมประสิทธิ์การสะท้อน:

อัตราการเปลี่ยนแปลงโดยประมาณของอิมพีแดนซ์สามารถคำนวณได้เป็น △Z/Z1 ≤ 10% อย่างที่คุณอาจทราบ ตัวบ่งชี้ทั่วไปของอิมพีแดนซ์บนบอร์ดคือ +/-10% และนั่นคือสาเหตุที่แท้จริง

หากการเปลี่ยนแปลงอิมพีแดนซ์เกิดขึ้นเพียงครั้งเดียว เช่น เมื่อความกว้างของเส้นเปลี่ยนจาก 8mil เป็น 6mil และยังคงเป็น 6mil การเปลี่ยนแปลงอิมพีแดนซ์จะต้องน้อยกว่า 10% เพื่อให้ถึงข้อกำหนดงบประมาณเสียงรบกวนที่สัญญาณสะท้อนสัญญาณรบกวนที่การเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหัน ไม่เกิน 5% ของแรงดันสวิง ซึ่งบางครั้งก็ทำได้ยาก ยกตัวอย่างกรณีของเส้นไมโครสตริปบนเพลต FR4 มาคำนวณกัน หากความกว้างของเส้นเท่ากับ 8 มิล ความหนาระหว่างเส้นกับระนาบอ้างอิงคือ 4 มิล และอิมพีแดนซ์เฉพาะคือ 46.5 โอห์ม เมื่อความกว้างของเส้นเปลี่ยนเป็น 6mil อิมพีแดนซ์ลักษณะเฉพาะจะกลายเป็น 54.2 โอห์ม และอัตราการเปลี่ยนแปลงอิมพีแดนซ์ถึง 20% แอมพลิจูดของสัญญาณสะท้อนต้องเกินมาตรฐาน ส่วนผลกระทบต่อสัญญาณมากน้อยเพียงใด แต่ยังรวมถึงเวลาที่เพิ่มขึ้นของสัญญาณและการหน่วงเวลาจากคนขับไปยังสัญญาณจุดสะท้อน แต่อย่างน้อยก็เป็นจุดที่อาจมีปัญหาได้ โชคดีที่คุณสามารถแก้ปัญหาด้วยขั้วจับคู่อิมพีแดนซ์ได้

หากการเปลี่ยนแปลงอิมพีแดนซ์เกิดขึ้นสองครั้ง เช่น ความกว้างของเส้นเปลี่ยนจาก 8mil เป็น 6mil แล้วเปลี่ยนกลับเป็น 8mil หลังจากดึงออก 2 ซม. จากนั้นในเส้นกว้าง 2 มม. ยาว 6 ซม. ที่ปลายทั้งสองด้านของการสะท้อน หนึ่งคืออิมพีแดนซ์จะใหญ่ขึ้น การสะท้อนกลับเป็นบวก จากนั้นอิมพีแดนซ์จะเล็กลง การสะท้อนเชิงลบ หากเวลาระหว่างการสะท้อนสั้นเพียงพอ การสะท้อนทั้งสองอาจหักล้างกัน ส่งผลให้เอฟเฟกต์ลดลง สมมติว่าสัญญาณส่งเป็น 1V, 0.2V สะท้อนในการสะท้อนบวกครั้งแรก, 1.2V จะถูกส่งไปข้างหน้า และ -0.2*1.2 = 0.24V สะท้อนกลับในการสะท้อนครั้งที่สอง สมมติว่าความยาวของเส้น 6 มม. สั้นมาก และการสะท้อนสองครั้งเกิดขึ้นเกือบพร้อมกัน แรงดันไฟฟ้าที่สะท้อนกลับทั้งหมดจะอยู่ที่ 0.04V เท่านั้น ซึ่งน้อยกว่าข้อกำหนดงบประมาณเสียงรบกวนที่ 5% ดังนั้นการสะท้อนนี้จะส่งผลต่อสัญญาณหรือไม่และมากน้อยเพียงใดนั้นขึ้นอยู่กับการหน่วงเวลาที่การเปลี่ยนแปลงอิมพีแดนซ์และเวลาที่เพิ่มขึ้นของสัญญาณ การศึกษาและการทดลองแสดงให้เห็นว่า ตราบใดที่การหน่วงเวลาการเปลี่ยนแปลงอิมพีแดนซ์น้อยกว่า 20% ของเวลาการเพิ่มขึ้นของสัญญาณ สัญญาณที่สะท้อนออกมาจะไม่ทำให้เกิดปัญหา หากเวลาเพิ่มขึ้นของสัญญาณคือ 1ns การหน่วงเวลาการเปลี่ยนแปลงอิมพีแดนซ์จะน้อยกว่า 0.2ns ซึ่งสอดคล้องกับ 1.2 นิ้ว และการสะท้อนกลับไม่ใช่ปัญหา กล่าวอีกนัยหนึ่ง ในกรณีนี้ ความยาวลวดกว้าง 6 มม. น้อยกว่า 3 ซม. ไม่ควรเป็นปัญหา

เมื่อความกว้างของสายไฟ PCB เปลี่ยนไป ควรวิเคราะห์อย่างรอบคอบตามสถานการณ์จริงเพื่อดูว่ามีผลกระทบหรือไม่ มีพารามิเตอร์ที่ต้องคำนึงถึงสามประการ: อิมพีแดนซ์เปลี่ยนแปลงเท่าใด เวลาเพิ่มของสัญญาณนานเท่าใด และส่วนที่คล้ายคอของความกว้างของเส้นเปลี่ยนแปลงนานเท่าใด ทำการประมาณการคร่าวๆ ตามวิธีการข้างต้น และเว้นระยะขอบไว้บ้างตามความเหมาะสม ถ้าเป็นไปได้ พยายามลดความยาวคอลง

ควรสังเกตว่าในการประมวลผล PCB จริง พารามิเตอร์ไม่สามารถแม่นยำเท่าในทางทฤษฎี ทฤษฎีสามารถให้คำแนะนำสำหรับการออกแบบของเราได้ แต่ไม่สามารถคัดลอกหรือดันทุรังได้ ท้ายที่สุดนี่คือวิทยาศาสตร์เชิงปฏิบัติ มูลค่าโดยประมาณควรได้รับการแก้ไขตามสถานการณ์จริง แล้วนำไปใช้กับการออกแบบ หากคุณรู้สึกว่าไม่มีประสบการณ์ ให้ระมัดระวังและปรับให้เข้ากับต้นทุนการผลิต