Welche Änderungen bringt die PcB Design Trace Width
May 27, 2020
Beim Leiterplatten-Routing kommt es häufig vor, dass, wenn die Spur durch ein Gebiet geht, aufgrund des begrenzten Verdrahtungsraums in dem Bereich eine dünnere Leitung verwendet werden muss. Nachdem sie diesen Bereich übergeben hat, kehrt die Linie zu ihrer ursprünglichen Breite zurück. Änderungen in der Spurbreite führen zu Impedanzänderungen, sodass Eine Reflexion auftritt, die sich auf das Signal auswirkt. Unter welchen Umständen kann dieser Effekt ignoriert werden, und unter welchen Umständen müssen wir seine Auswirkungen berücksichtigen?
Es gibt drei Faktoren, die mit diesem Effekt zusammenhängen: die Größe der Impedanzänderung, die Signalanstiegszeit und die Verzögerung des Signals auf der schmalen Linie.
Lassen Sie uns zunächst das Ausmaß der Impedanzänderung diskutieren. Die Konstruktion vieler Schaltungen erfordert, dass das reflektierte Rauschen weniger als 5% der Spannungsschwingung beträgt (dies hängt mit dem Geräuschbudget auf dem Signal zusammen). Gemäß der Reflexionskoeffizientenformel kann die ungefähre Änderungsrate der Impedanz wie folgt berechnet werden: Dies ist der Hauptgrund, warum der typische Index des Widerstands der Platine +/- 10%
Wenn die Impedanzänderung nur einmal auftritt, z.B. nachdem die Linienbreite von 8mil auf 6mil geändert wurde, wird die 6mil Breite beibehalten. Um die Lärmbudgetanforderung zu erfüllen, dass das Signalreflexionsgeräusch bei der abrupten Änderung 5 % des Spannungswechsels nicht überschreitet, muss die Impedanzänderung weniger als 10 % betragen. Manchmal ist es schwierig zu tun. Nehmen wir den Fall der Microstrip-Linie auf FR4-Blatt als Beispiel. Wenn die Linienbreite 8 mil beträgt, beträgt die Dicke zwischen der Linie und der Referenzebene 4mil, und die charakteristische Impedanz beträgt 46,5 ". Nachdem sich die Linienbreite auf 6mil ändert, wird die charakteristische Impedanz zu 54,2 " und die Impedanzänderungsrate erreicht 20 %. Die Amplitude des reflektierten Signals muss den Standard überschreiten. Wie sehr es das Signal beeinflusst, hängt auch mit der Signalerhöhungszeit und der Verzögerung des Signals vom Treiben zum Reflexionspunkt zusammen. Aber zumindest ist dies ein potenzielles Problem. Glücklicherweise kann das Problem durch Impedanz-Matching-Beendigung gelöst werden.
Wenn die Impedanzänderung zweimal auftritt, z. B. nachdem die Linienbreite von 8mil auf 6mil geändert wurde, wird sie nach dem Herausziehen von 2cm wieder auf 8mil zurückgeführt. Dann wird die Reflexion an beiden Enden der 2cm langen und 6mil breiten Linie auftreten, eine ist die Impedanz wird größer und positive Reflexion tritt auf, und die andere ist Impedanz wird kleiner und negative Reflexion tritt auf. Wenn das Intervall zwischen zwei Reflexionen kurz genug ist, können sich die beiden Reflexionen gegenseitig abbrechen, wodurch die Auswirkungen verringert werden. Angenommen, das übertragene Signal ist 1V, die erste regelmäßige Reflexion hat 0,2V reflektiert, die 1,2V weiter vorwärts zu übertragen, und die zweite Reflexion hat -0.2 * 1.2 = 0.24v reflektiert zurück. Unter der Annahme, dass die Länge der 6mil-Leitung extrem kurz ist und die beiden Reflexionen fast gleichzeitig auftreten, dann beträgt die reflektierte Gesamtspannung nur 0,04V, was weniger als die Lärmbudgetanforderung von 5% ist. Daher hängt die Frage, ob diese Reflexion das Signal beeinflusst und wie stark sie sich auswirkt, mit der Verzögerung bei der Impedanzänderung und der Signalerhöhungszeit zusammen. Forschungen und Experimente haben gezeigt, dass das reflektierte Signal keine Probleme verursacht, solange die Verzögerung bei der Impedanzänderung weniger als 20 % der Signalanstiegszeit beträgt.
Wenn die Signalanstiegszeit 1ns beträgt, beträgt die Verzögerung bei der Impedanzänderung weniger als 0,2 ns, was 1,2 Zoll entspricht, und die Reflexion verursacht keine Probleme. Mit anderen Worten, für den Fall dieses Beispiels, solange die Länge der 6mil breiten Spur weniger als 3cm beträgt, wird es kein Problem geben.
Wenn sich die Breite der Leiterplattenkonstruktion ändert, sollte sorgfältig analysiert werden, ob sie je nach aktueller Situation einen Aufprall verursacht. Es gibt drei Parameter, über die man sich Gedanken machen muss: Wie groß ist die Änderung der Impedanz, was ist die Signalanstiegszeit und wie lang ist der halsförmige Teil der Linienbreitenänderung. Ungefähr nach der oben genannten Methode zu schätzen, und lassen Sie eine bestimmte Marge angemessen. Minimieren Sie nach Möglichkeit die Länge des Nackenteils.
Es sollte darauf hingewiesen werden, dass bei der eigentlichen PCB-Verarbeitung die Parameter nicht so genau sein können wie die Theorie. Die Theorie kann Orientierung für unser Design bieten, aber sie kann nicht kopiert oder dogmatisch sein. Schließlich ist dies eine praktische Wissenschaft. Der geschätzte Wert sollte entsprechend der tatsächlichen Situation entsprechend revidiert und dann auf den Entwurf angewendet werden. Wenn Sie sich unerfahren fühlen, seien Sie konservativ und passen Sie sich entsprechend den Herstellungskosten an.