PCB走线宽度变化产生的反射

印刷电路板走线宽度变化引起的反射
当进行印刷电路板布线时，经常会发生这样的情况，当布线穿过某个区域时，由于该区域的布线空间有限，必须使用较细的线，并且在穿过该区域后，线恢复其原始宽度。走线宽度的变化会引起阻抗变化，因此会发生反射，从而影响信号。那么在什么情况下我们可以忽略这种影响，在什么情况下我们必须考虑它的影响？
与这种影响相关的因素有三个：阻抗变化的幅度、信号的上升时间和窄线上信号的时间延迟。
首先，讨论阻抗变化的幅度。许多电路的设计要求反射噪声小于电压摆幅的5%(这与信号的噪声预算有关)。根据反射系数公式，
可以计算出阻抗要求的近似变化率。
如果阻抗变化仅发生一次，例如，当线宽从8mil变为6mil，并且宽度保持在6mil时，阻抗变化必须小于10%，以满足噪声预算要求，即突变时的信号反射噪声不应超过电压摆幅的5%。这有时很难做到。以FR4板上的微带线为例，进行计算。如果线宽为8密耳，则线与参考平面之间的厚度为4密耳，特征阻抗为46.5 欧姆。当线宽变为6密耳时，特征阻抗变为54.2 欧姆，阻抗变化率达到20%。反射信号的幅度必须超过标准。至于对信号的影响，它也与信号的上升时间和从驱动端到反射点处信号的时间延迟有关。但至少这是一个潜在的问题。幸运的是，这个问题可以通过阻抗匹配终端来解决。
例如，如果阻抗变化两次，当线宽从8mil变为6mil后，它被拉出2cm，然后又变回8mil。然后点处将在2厘米长和6密耳宽的线的两端反射，一旦阻抗变大并发生正反射，那么阻抗变小并发生负反射。如果两次反射之间的间隔足够短，两次反射可能会相互抵消，从而减小影响。假设传输信号为1V，0.2V在第一次正常反射中被反射，1.2V继续向前传输，并且-0.2*1.2=0.24v在第二次反射中被反射回来。假设6密耳线的长度非常短，两次反射几乎同时发生，总反射电压仅为0.04伏，低于5%的噪声预算要求。因此，这种反射是否影响信号以及影响程度取决于阻抗变化的时间延迟和信号的上升时间。研究和实验表明，只要阻抗变化的时间延迟小于信号上升时间的20%，反射信号就不会引起问题。如果信号上升时间为1ns，阻抗变化的时间延迟小于0.2ns(对应于1.2英寸)，反射不会造成问题。也就是说，在这种情况下，只要6密耳宽的迹线的长度小于3厘米，就不会有问题。
当印刷电路板布线的线宽发生变化时，有必要根据实际情况仔细分析，看是否会造成影响。有三个参数需要注意：阻抗变化有多大，信号上升多长时间，以及线宽的颈部变化多长时间。根据以上方法，做一个粗略的估计，并留有一定的余地。如果可能的话，尽量缩短脖子的长度。
需要指出的是，在实际的印刷电路板加工中，参数不能像理论中那样精确，理论可以为我们的设计提供指导，但不能照搬和教条。毕竟，这是一门实践科学。估算值应根据实际情况进行修正，然后应用于设计。如果你觉得没有经验，首先要保守，然后根据制造成本做适当的调整。