Jakie zmiany przyniesie szerokość śledzenia projektu PCB
May 27, 2020
Gdy routing PCB, często zdarza się, że gdy ślad przechodzi przez obszar, ze względu na ograniczoną przestrzeń okablowania w obszarze, konieczne jest użycie cieńszej linii. Po przekazaniu tego obszaru linia powraca do pierwotnej szerokości. Zmiany szerokości śledzenia spowoduje zmiany impedancji, więc nastąpi odbicie, które wpłynie na sygnał. Więc w jakich okolicznościach można zignorować ten efekt i w jakich okolicznościach musimy rozważyć jego wpływ?
Istnieją trzy czynniki związane z tym efektem: wielkość zmiany impedancji, czas wzrostu sygnału i opóźnienie sygnału na wąskiej linii.
Po pierwsze, omówimy skalę zmiany impedancji. Konstrukcja wielu obwodów wymaga, aby odbity hałas był mniejszy niż 5% wahań napięcia (jest to związane z budżetem hałasu na sygnale). Zgodnie ze wzorem współczynnika odbicia przybliżona szybkość zmiany impedancji może być obliczona jako: "Z/Z1≤10%. Jest to podstawowy powód, dla którego typowy indeks rezystancji płytki drukowanej wynosi +/- 10%
Jeśli zmiana impedancji występuje tylko raz, na przykład po zmianie szerokości linii z 8mil na 6mil, szerokość 6mil jest utrzymywana. Aby spełnić wymóg budżetowy hałasu, że szum odbicia sygnału przy nagłej zmianie nie przekracza 5% wahań napięcia, zmiana impedancji musi być mniejsza niż 10%. Czasami jest to trudne do zrobienia. Weźmy przykład w przypadku linii mikropaskowej na arkuszu FR4. Jeśli szerokość linii wynosi 8 mil, grubość między linią a płaszczyzną odniesienia wynosi 4mil, a charakterystyka impedancji wynosi 46,5Ω. Po zmianie szerokości linii na 6mil, charakterystyczna impedancja staje się 54.2Ω, a szybkość zmiany impedancji osiąga 20%. Amplituda odbitego sygnału musi przekraczać normę. Jeśli chodzi o to, jak bardzo wpływa na sygnał, jest to również związane z czasem wzrostu sygnału i opóźnieniem sygnału od końca jazdy do punktu odbicia. Ale przynajmniej jest to potencjalny problem. Na szczęście problem można rozwiązać poprzez impedancję dopasowania zakończenia.
Jeśli zmiana impedancji nastąpi dwukrotnie, na przykład, po zmianie szerokości linii z 8mil na 6mil, będzie z powrotem do 8mil po wyciągnięciu 2cm. Następnie odbicie nastąpi na obu końcach linii o długości 2 cm i szerokości 6mil, jednym z nich jest impedancja staje się większa i pojawia się pozytywna refleksja, a druga jest impedancja staje się mniejsza i pojawia się negatywne odbicie. Jeśli interwał między dwoma odbiciami jest wystarczająco krótki, dwa odbicia mogą anulować się nawzajem, zmniejszając w ten sposób wpływ. Załóżmy, że transmitowany sygnał wynosi 1V, pierwsze regularne odbicie ma odbicie 0,2 V, 1,2V nadal przekazuje do przodu, a drugie odbicie ma -0,2 * 1,2 = 0,24v odbite z powrotem. Zakładając, że długość linii 6mil jest bardzo krótka, a dwa odbicia występują niemal jednocześnie, całkowite odbite napięcie wynosi tylko 0,04V, czyli mniej niż wymagane budżet hałasu 5%. W związku z tym, czy to odbicie wpływa na sygnał i jak bardzo wpływa na to związane jest z opóźnieniem przy zmianie impedancji i czas wzrostu sygnału. Badania i eksperymenty wykazały, że dopóki opóźnienie przy zmianie impedancji jest mniejsze niż 20% czasu wzrostu sygnału, odbity sygnał nie spowoduje problemów.
Jeśli czas wzrostu sygnału wynosi 1ns, opóźnienie przy zmianie impedancji jest mniejsze niż 0,2ns odpowiadające 1,2 cala, a odbicie nie spowoduje problemów. Innymi słowy, w przypadku tego przykładu, tak długo, jak długość 6mil szeroki ślad jest mniejsza niż 3 cm, nie będzie problemu.
Gdy zmienia się szerokość linii śledzenia projektu PCB, należy dokładnie przeanalizować, czy powoduje ona wpływ w zależności od rzeczywistej sytuacji. Istnieją trzy parametry, które należy się martwić: jak duża jest zmiana impedancji, jaki jest czas wzrostu sygnału i jak długo zmienia się część szerokości linii w kształcie szyi. W przybliżeniu oszacować zgodnie z powyższą metodą, i pozostawić pewien margines odpowiednio. Jeśli to możliwe, zminimalizuj długość części szyi.
Należy podkreślić, że w rzeczywistym przetwarzaniu PCB parametry nie mogą być tak dokładne, jak teoria. Teoria może dostarczyć wskazówek dla naszego projektu, ale nie może być kopiowana lub dogmatyczna. W końcu jest to praktyczna nauka. Szacunkowa wartość powinna zostać odpowiednio zmieniona w zależności od rzeczywistej sytuacji, a następnie zastosowana do projektu. Jeśli czujesz się niedoświadczony, bądź konserwatywny i dostosuj się odpowiednio do kosztów produkcji.