Tecnologia PCB - Riflessioni causate da cambiamenti di larghezza della traccia PCB

Nel cablaggio PCB, una tale situazione si verifica spesso: quando la traccia passa attraverso una certa area, a causa dello spazio limitato di cablaggio in quell'area, deve essere utilizzata una linea più sottile. Dopo aver attraversato quest'area, la linea torna alla sua larghezza originale. I cambiamenti nella larghezza della traccia causeranno cambiamenti di impedenza e quindi si verificheranno riflessi, che influenzeranno il segnale. Quindi, in quali circostanze si può ignorare questo effetto e in quali circostanze dobbiamo considerare il suo impatto? Ci sono tre fattori correlati a questo effetto: la grandezza del cambiamento di impedenza, il tempo di aumento del segnale e il ritardo del segnale sulla linea stretta.

Prima di tutto discutere l'entità del cambiamento di impedenza. La progettazione di molti circuiti richiede che il rumore riflesso sia inferiore al 5% dell'oscillazione di tensione (questo è correlato al budget di rumore sul segnale), secondo la formula del coefficiente di riflessione: ρ=(Z2-Z1)/(Z2+Z1) =△Z /(△Z +2Z1)⤤5% Il requisito approssimativo della velocità di cambiamento dell'impedenza può essere calcolato come: △Z/Z1â–10%

L'indice tipico di impedenza sul circuito stampato è +/-10%, e questa è la causa principale.

Se il cambiamento di impedenza avviene una sola volta, ad esempio, dopo che la larghezza della linea è cambiata da 8 mil a 6 mil, la larghezza di 6 mil viene mantenuta. Per raggiungere il requisito di bilancio del rumore che il rumore di riflessione del segnale al cambiamento improvviso non supera il 5% dell'oscillazione di tensione, il cambiamento di impedenza deve essere inferiore al 10%. Se la larghezza della linea è di 8 mil, lo spessore tra la linea e il piano di riferimento è di 4 mil e l'impedenza caratteristica è di 46,5 ohm. Dopo che la larghezza della linea cambia a 6mil, l'impedenza caratteristica diventa 54,2 ohm e la velocità di cambiamento dell'impedenza raggiunge il 20%. L'ampiezza del segnale riflesso deve superare lo standard. Per quanto riguarda l'impatto sul segnale, è anche correlato al tempo di aumento del segnale e al ritardo del segnale dall'estremità di guida al punto di riflessione. Ma almeno questo è un potenziale problema. Fortunatamente, il problema può essere risolto dalla terminazione di corrispondenza dell'impedenza in questo momento.

Se l'impedenza cambia due volte, ad esempio, dopo che la larghezza della linea cambia da 8 mil a 6 mil, cambia di nuovo a 8 mil dopo aver tirato fuori 2 cm. Poi ci sarà riflessione ad entrambe le estremità della linea lunga 2 cm e larga 6 mil. Una volta che l'impedenza diventa più grande, il positivo Dopo la riflessione, l'impedenza diventa più piccola e si verifica la riflessione negativa. Se l'intervallo tra i due riflessi è abbastanza breve, i due riflessi possono annullarsi a vicenda, riducendo così l'impatto. Assumendo che il segnale di trasmissione sia 1V, 0.2V viene riflesso in una riflessione regolare, 1.2V continua a essere trasmesso in avanti e -0.2*1.2 = 0.24V viene riflesso indietro nella riflessione secondaria. Supponendo che la lunghezza della linea 6mil sia estremamente breve e che i due riflessi si verifichino quasi contemporaneamente, la tensione totale di riflessione è di soli 0,04V, che è inferiore al 5% del fabbisogno di bilancio del rumore. Pertanto, se questa riflessione influisce sul segnale e quanto influisce è correlato al ritardo di tempo al cambiamento di impedenza e al tempo di aumento del segnale. La ricerca e gli esperimenti dimostrano che finché il ritardo di tempo al cambiamento di impedenza è inferiore al 20% del tempo di aumento del segnale, il segnale riflesso non causerà problemi. Se il tempo di aumento del segnale è 1 ns, allora il ritardo di tempo al cambiamento di impedenza è inferiore a 0,2 ns corrispondenti a 1,2 pollici e la riflessione non causerà problemi. In altre parole, per questo esempio, non ci sono problemi finché la lunghezza della traccia larga 6 mil è inferiore a 3 cm.

Quando la larghezza della traccia PCB cambia, è necessario analizzare attentamente in base alla situazione reale, se causerà un impatto. Ci sono tre parametri a cui prestare attenzione: quanto è grande il cambiamento di impedenza, qual è il tempo di aumento del segnale e quanto è lunga la parte a forma di collo del cambiamento di larghezza della linea. Stimare approssimativamente secondo il metodo di cui sopra, lasciare un certo margine in modo appropriato. Se possibile, cerca di ridurre la lunghezza del collo.

Va sottolineato che nel processo PCB reale, i parametri non possono essere così precisi come la teoria. La teoria può fornire una guida per il nostro disegno, ma non può essere copiata o dogmatica. Dopo tutto, questa è una scienza pratica. Il valore stimato dovrebbe essere opportunamente rivisto in base alla situazione reale e quindi applicato alla progettazione del PCB.