Technologie PCB - Réflexion causée par le changement de largeur des traces de PCB

Dans le câblage PCB, il arrive souvent que lorsqu'une trace traverse une zone, une ligne plus fine doit être utilisée en raison de l'espace de câblage limité dans cette zone. Après avoir traversé cette zone, la ligne droite reviendra à sa largeur d'origine. Un changement dans la largeur de la trace entraînera un changement d'impédance et donc une réflexion qui affectera le signal. Alors, dans quelles circonstances cet effet peut - il être ignoré et dans quel genre de circonstances devons - nous en tenir compte? Trois facteurs sont liés à cet effet: l'amplitude de la variation d'impédance, le temps de montée du signal et le retard du signal sur la ligne étroite.

Discutez d'abord de l'amplitude des variations d'impédance. La conception de nombreux circuits nécessite un bruit de réflexion inférieur à 5% de l'amplitude du pendule de tension (ce qui est lié au budget du bruit sur le signal), et selon la formule du coefficient de réflexion: Í = (Z2 - z1) / (Z2 + z1) = a³z / (a³z + 2z1) a³ l'exigence de taux de variation approximatif de l'impédance de 5% peut être calculée comme suit: a³z / z1 a³ 10%

L'indice typique de l'impédance sur une carte est de + / - 10%, ce qui en est la cause fondamentale.

Si le changement d'impédance ne se produit qu'une seule fois, par example après un changement de largeur de ligne de 8 Mil à 6 mil, la largeur de 6 mil est maintenue. Pour atteindre l'exigence de budget de bruit selon laquelle le bruit réfléchi par le signal lors d'une variation brusque ne dépasse pas 5% de l'oscillation de tension, la variation d'impédance doit être inférieure à 10%. C'est parfois difficile à faire. Prenons l'exemple d'une ligne microruban sur une feuille de fr4, faisons le calcul. Si la largeur de la ligne est de 8 mils, l'épaisseur entre la ligne et le plan de référence est de 4 mils et l'impédance caractéristique est de 46,5 ohms. Après que la largeur de ligne soit passée à 6 mil, l'impédance caractéristique est passée à 54,2 ohms et le taux de variation d'impédance a atteint 20%. L'amplitude du signal réfléchi doit dépasser la norme. Quant à l'effet sur le signal, il est également lié au temps de montée du signal et au retard du signal de l'extrémité motrice au point de réflexion. Mais au moins, c'est un point potentiellement problématique. Heureusement, ce problème peut être résolu par un terminal d'adaptation d'impédance à ce moment - là.

Si l'impédance change deux fois, par exemple, après avoir changé la largeur de la ligne de 8 Mil à 6 mil, elle revient à 8 Mil après avoir été tirée de 2 cm. Il y aura alors une réflexion aux deux extrémités de la ligne de 2 cm de long et 6 mil de large. Une fois que l'impédance devient grande, rétroréfléchissante positive, l'impédance devient plus petite et une réflexion négative apparaît. Si l'intervalle entre deux réflexions est suffisamment court, les deux réflexions peuvent s'annuler mutuellement, ce qui réduit l'impact. Supposons que le signal transmis soit de 1 V, que 0,2 V soit réfléchi en réflexion régulière, que 1,2 V continue à émettre vers l'avant et que - 0,2 * 1,2 = 0,24 V soit réfléchi en réflexion secondaire. En supposant que la longueur d'une ligne de 6 mil soit extrêmement courte et que les deux réflexions se produisent presque simultanément, la tension de réflexion totale n'est que de 0,04 V, soit moins de 5% du budget de bruit requis. Ainsi, si cette réflexion affecte le signal et dans quelle mesure elle est liée au retard temporel et au temps de montée du signal lorsque l'impédance varie. Des études et des expériences ont montré que les signaux réfléchis ne posent pas de problèmes tant que le retard à la variation d'impédance est inférieur à 20% du temps de montée du signal. Si le temps de montée du signal est de 1 NS, le retard au changement d'impédance est inférieur à 0,2 NS, ce qui correspond à 1,2 pouce, et la réflexion ne pose pas de problème. En d'autres termes, pour cet example, il n'y a pas de problème tant que la longueur d'une trace de 6 mil de large est inférieure à 3 cm.

Lorsque la largeur des traces de PCB change, il est nécessaire d'analyser soigneusement si cela peut avoir un impact en fonction de la situation réelle. Il y a trois paramètres à noter: Quelle est la variation d'impédance, quel est le temps de montée du signal et combien de temps la partie en forme de col de la largeur de ligne varie. Estimation approximative selon la méthode ci - dessus, il convient de laisser une certaine marge. Si possible, minimisez la longueur de votre cou.

Il est important de noter que dans les processus de PCB réels, les paramètres ne peuvent pas être aussi précis qu'en théorie. La théorie peut nous guider dans nos conceptions, mais elle ne peut pas être copiée ou dogmatique. C'est une science pratique, après tout. Les estimations devraient être corrigées de manière appropriée en fonction de la situation réelle, puis appliquées à la conception du PCB.