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在進(jìn)行PCB布線(xiàn)時(shí)，經(jīng)常會(huì )發(fā)生這樣的情況：走線(xiàn)通過(guò)某一區域時(shí)，由于該區域布線(xiàn)空間有限，不得不使用更細的線(xiàn)條，通過(guò)這一區域后，線(xiàn)條再恢復原來(lái)的寬度。走線(xiàn)寬度變化會(huì )引起阻抗變化，因此發(fā)生反射，對信號產(chǎn)生影響。那么什么情況下可以忽略這一影響，又在什么情況下我們必須考慮它的影響？ 有三個(gè)因素和這一影響有關(guān)：阻抗變化的大小、信號上升時(shí)間、窄線(xiàn)條上信號的時(shí)延。 首先討論阻抗變化的大小。很多電路的設計要求反射噪聲小于電壓擺幅的5%（這和信號上的噪聲預算有關(guān)），根據反射系數公式： ρ=（Z2-Z1）/（Z2+Z1） =△Z /（△Z+2Z1）≤5% 可以計算出阻抗大致的變化率要求為：△Z/Z1≤10% 你可能知道，電路板上阻抗的典型指標為+/-10%，根本原因就在這。 如果阻抗變化只發(fā)生一次，例如線(xiàn)寬從8mil變到6mil后，一直保持6mil寬度這種情況，要達到突變處信號反射噪聲不超過(guò)電壓擺幅的5%這一噪聲預算要求，阻抗變化必須小于10%.這有時(shí)很難做到，以FR4板材上微帶線(xiàn)的情況為例，我們計算一下。如果線(xiàn)寬8mil，線(xiàn)條和參考平面之間的厚度為4mil，特性阻抗為46.5歐姆。線(xiàn)寬變化到6mil后特性阻抗變成54.2歐姆，阻抗變化率達到了20%.反射信號的幅度必然超標。至于對信號造成多大影響，還和信號上升時(shí)間和驅動(dòng)端到反射點(diǎn)處信號的時(shí)延有關(guān)。但至少這是一個(gè)潛在的問(wèn)題點(diǎn)。幸運的是這時(shí)可以通過(guò)阻抗匹配端接解決問(wèn)題。 如果阻抗變化發(fā)生兩次，例如線(xiàn)寬從8mil變到6mil后，拉出2cm后又變回8mil.那么在2cm長(cháng)6mil寬線(xiàn)條的兩個(gè)端點(diǎn)處都會(huì )發(fā)生反射，一次是阻抗變大，發(fā)生正反射，接著(zhù)阻抗變小，發(fā)生負反射。如果兩次反射間隔時(shí)間足夠短，兩次反射就有可能相互抵消，從而減小影響。假設傳輸信號為1V，第一次正反射有0.2V被反射，1.2V繼續向前傳輸，第二次反射有-0.2*1.2 = 0.24v被反射回。再假設6mil線(xiàn)長(cháng)度極短，兩次反射幾乎同時(shí)發(fā)生，那么總的反射電壓只有0.04V，小于5%這一噪聲預算要求。因此，這種反射是否影響信號，有多大影響，和阻抗變化處的時(shí)延以及信號上升時(shí)間有關(guān)。研究及實(shí)驗表明，只要阻抗變化處的時(shí)延小于信號上升時(shí)間的20%，反射信號就不會(huì )造成問(wèn)題。如果信號上升時(shí)間為1ns，那么阻抗變化處的時(shí)延小于0.2ns對應1.2英寸，反射就不會(huì )產(chǎn)生問(wèn)題。也就是說(shuō)，對于本例情況，6mil寬走線(xiàn)的長(cháng)度只要小于3cm就不會(huì )有問(wèn)題。 當PCB走線(xiàn)線(xiàn)寬發(fā)生變化時(shí)，要根據實(shí)際情況仔細分析，是否造成影響。需要關(guān)注的參數由三個(gè)：阻抗變化有多大、信號上升時(shí)間是多少、線(xiàn)寬變化的頸狀部分有多長(cháng)。根據上面的方法大致估算一下，適當留出一定的余量。如果可能的話(huà)，盡量讓減小頸狀部分長(cháng)度。 需要指出的是，實(shí)際的PCB加工中，參數不可能像理論中那樣精確，理論能對我們的設計提供指導，但不能照搬照抄，不能教條，畢竟這是一門(mén)實(shí)踐的科學(xué)。估算出的值要根據實(shí)際情況做適當的修訂，再應用到設計中。 |
