Leiterplattentechnisch - Reflexionen, die durch Änderungen der Leiterplattenbreite verursacht werden

Bei der Leiterplattenverkabelung tritt eine solche Situation oft auf: Wenn die Leiterbahn einen bestimmten Bereich durchläuft, muss aufgrund des begrenzten Verdrahtungsraums in diesem Bereich eine dünnere Leitung verwendet werden. Nach Durchqueren dieses Bereichs kehrt die Linie auf ihre ursprüngliche Breite zurück. Änderungen in der Leiterbahnbreite führen zu Impedanzänderungen und somit zu Reflexionen, die das Signal beeinflussen. Unter welchen Umständen kann dieser Effekt ignoriert werden, und unter welchen Umständen müssen wir seine Auswirkungen berücksichtigen? Es gibt drei Faktoren im Zusammenhang mit diesem Effekt: die Größe der Impedanzänderung, die Signalanstiegszeit und die Signalverzögerung auf der schmalen Linie.

Diskutieren Sie zuerst das Ausmaß der Impedanzänderung. Der Entwurf vieler Schaltkreise erfordert, dass das reflektierte Rauschen kleiner als 5% der Spannungsschwankung ist (dies hängt mit dem Rauschbudget des Signals zusammen), gemäß der Formel des Reflexionskoeffizienten: ρ=(Z2-Z1)/(Z2+Z1) =⁳Z /(⁳Z +2Z1)

Der typische Impedanzindex auf der Leiterplatte beträgt +/-10%, und dies ist die Ursache.

Tritt die Impedanzänderung nur einmal auf, beispielsweise nachdem die Linienbreite von 8 mil auf 6 mil geändert wurde, wird die Breite von 6 mil beibehalten. Um die Rauschbudgetanforderung zu erreichen, dass das Signalreflexionsrauschen bei der plötzlichen Änderung 5% der Spannungsschwankung nicht überschreitet, muss die Impedanzänderung kleiner als 10%. Dies ist manchmal schwierig zu tun. Nehmen wir den Fall der Mikrostreifenlinie auf dem FR4-Blatt als Beispiel, lassen Sie es uns berechnen. Wenn die Linienbreite 8 mils ist, ist die Dicke zwischen der Linie und der Bezugsebene 4 mils und die charakteristische Impedanz 46,5 ohms. Nachdem sich die Linienbreite auf 6mil ändert, wird die charakteristische Impedanz 54.2 Ohms, und die Impedanzänderungsrate erreicht 20%. Die Amplitude des reflektierten Signals muss den Standard überschreiten. Was den Einfluss auf das Signal betrifft, so hängt er auch mit der Signalanstiegszeit und der Signalverzögerung vom Antriebsende zum Reflexionspunkt zusammen. Aber zumindest ist dies ein potenzieller Problempunkt. Glücklicherweise kann das Problem durch Impedanzanpassung zu diesem Zeitpunkt gelöst werden.

Wenn sich die Impedanz zweimal ändert, z.B. nachdem sich die Linienbreite von 8 mil auf 6 mil ändert, ändert sie sich nach dem Herausziehen von 2 cm wieder auf 8 mil. Dann gibt es Reflexion an beiden Enden der 2 cm langen und 6 mil breiten Linie. Nach der Reflexion wird die Impedanz kleiner und negative Reflexion tritt auf. Wenn der Abstand zwischen den beiden Reflexionen kurz genug ist, können sich die beiden Reflexionen gegenseitig aufheben und so den Aufprall verringern. Unter der Annahme, dass das Übertragungssignal 1V ist, wird 0.2V in einer regelmäßigen Reflexion reflektiert, 1.2V wird weiterhin vorwärts gesendet und -0.2*1.2.0.24V wird in der Sekundärreflexion zurückgespiegelt. Unter der Annahme, dass die Länge der 6mil-Linie extrem kurz ist und die beiden Reflexionen fast gleichzeitig auftreten, beträgt die Gesamtreflexionsspannung nur 0,04V, was weniger als 5% der Rauschbudget-Anforderung ist. Ob diese Reflexion das Signal beeinflusst und wieviel Einfluss sie hat, hängt daher mit der Zeitverzögerung bei der Impedanzänderung und der Signalanstiegszeit zusammen. Forschung und Experimente zeigen, dass solange die Zeitverzögerung bei der Impedanzänderung weniger als 20% der Signalanstiegszeit beträgt, das reflektierte Signal keine Probleme verursacht. Wenn die Signalanstiegszeit 1 ns ist, dann ist die Zeitverzögerung bei der Impedanzänderung kleiner als 0.2 ns entsprechend 1.2 Zoll, und Reflexion verursacht keine Probleme. Mit anderen Worten, für dieses Beispiel gibt es kein Problem, solange die Länge der 6-mil-breiten Spur kleiner als 3 cm ist.

Wenn sich die Leiterplattenrückenbreite ändert, ist es notwendig, entsprechend der tatsächlichen Situation sorgfältig zu analysieren, ob es einen Einfluss verursacht. Es gibt drei Parameter zu beachten: Wie groß ist die Impedanzänderung, was ist die Signalanstiegszeit und wie lang ist der halsförmige Teil der Linienbreitenänderung. Schätzen Sie ungefähr nach der obigen Methode, lassen Sie eine bestimmte Marge angemessen. Wenn möglich, versuchen Sie, die Länge des Halses zu reduzieren.

Es sollte darauf hingewiesen werden, dass im tatsächlichen PCB-Prozess die Parameter nicht so präzise sein können wie die Theorie. Die Theorie kann Orientierung für unser Design geben, kann aber nicht kopiert oder dogmatisch werden. Schließlich ist dies eine praktische Wissenschaft. Der geschätzte Wert sollte entsprechend der tatsächlichen Situation angemessen überarbeitet und dann auf das PCB-Design angewendet werden.