關于PCB走線中寬度變化産生(shēng)的反射的問題

         在進行(xíng)PCB布線時(shí)，經常會(huì)發生(shēng)這樣的情況：走線通(tōng)過某一區(qū)域時(shí)，由于該區(qū)域布線空(kōng)間(jiān)有(yǒu)限，不得(de)不使用更細的線條，通(tōng)過這一區(qū)域後，線條再恢複原來(lái)的寬度。走線寬度變化會(huì)引起阻抗變化，因此發生(shēng)反射，對信号産生(shēng)影(yǐng)響。那(nà)麽什麽情況下可(kě)以忽略這一影(yǐng)響，又在什麽情況下我們必須考慮它的影(yǐng)響? 

    有(yǒu)三個(gè)因素和(hé)這一影(yǐng)響有(yǒu)關：阻抗變化的大(dà)小(xiǎo)、信号上(shàng)升時(shí)間(jiān)、窄線條上(shàng)信号的時(shí)延。 

    首先討(tǎo)論阻抗變化的大(dà)小(xiǎo)。很(hěn)多(duō)電(diàn)路的設計(jì)要求反射噪聲小(xiǎo)于電(diàn)壓擺幅的5%(這和(hé)信号上(shàng)的噪聲預算(suàn)有(yǒu)關)，根據反射系數(shù)公式： 
    ρ=(Z2-Z1)/(Z2+Z1) =△Z /(△Z+2Z1)≤5% 
    可(kě)以計(jì)算(suàn)出阻抗大(dà)緻的變化率要求為(wèi)：△Z/Z1≤10% 
    你(nǐ)可(kě)能知道(dào)，電(diàn)路闆上(shàng)阻抗的典型指标為(wèi)+/-10%，根本原因就在這。 

    如果阻抗變化隻發生(shēng)一次，例如線寬從8mil變到6mil後，一直保持6mil寬度這種情況，要達到突變處信号反射噪聲不超過電(diàn)壓擺幅的5%這一噪聲預算(suàn)要求，阻抗變化必須小(xiǎo)于10%.這有(yǒu)時(shí)很(hěn)難做(zuò)到，以FR4闆材上(shàng)微帶線的情況為(wèi)例，我們計(jì)算(suàn)一下。如果線寬8mil，線條和(hé)參考平面之間(jiān)的厚度為(wèi)4mil，特性阻抗為(wèi)46.5歐姆。線寬變化到6mil後特性阻抗變成54.2歐姆，阻抗變化率達到了20%.反射信号的幅度必然超标。至于對信号造成多(duō)大(dà)影(yǐng)響，還(hái)和(hé)信号上(shàng)升時(shí)間(jiān)和(hé)驅動端到反射點處信号的時(shí)延有(yǒu)關。但(dàn)至少(shǎo)這是一個(gè)潛在的問題點。幸運的是這時(shí)可(kě)以通(tōng)過阻抗匹配端接解決問題。 

    如果阻抗變化發生(shēng)兩次，例如線寬從8mil變到6mil後，拉出2cm後又變回8mil.那(nà)麽在2cm長6mil寬線條的兩個(gè)端點處都會(huì)發生(shēng)反射，一次是阻抗變大(dà)，發生(shēng)正反射，接着阻抗變小(xiǎo)，發生(shēng)負反射。如果兩次反射間(jiān)隔時(shí)間(jiān)足夠短(duǎn)，兩次反射就有(yǒu)可(kě)能相互抵消，從而減小(xiǎo)影(yǐng)響。假設傳輸信号為(wèi)1V，第一次正反射有(yǒu)0.2V被反射，1.2V繼續向前傳輸，第二次反射有(yǒu)-0.2*1.2 = 0.24v被反射回。再假設6mil線長度極短(duǎn)，兩次反射幾乎同時(shí)發生(shēng)，那(nà)麽總的反射電(diàn)壓隻有(yǒu)0.04V，小(xiǎo)于5%這一噪聲預算(suàn)要求。因此，這種反射是否影(yǐng)響信号，有(yǒu)多(duō)大(dà)影(yǐng)響，和(hé)阻抗變化處的時(shí)延以及信号上(shàng)升時(shí)間(jiān)有(yǒu)關。研究及實驗表明(míng)，隻要阻抗變化處的時(shí)延小(xiǎo)于信号上(shàng)升時(shí)間(jiān)的20%，反射信号就不會(huì)造成問題。如果信号上(shàng)升時(shí)間(jiān)為(wèi)1ns，那(nà)麽阻抗變化處的時(shí)延小(xiǎo)于0.2ns對應1.2英寸，反射就不會(huì)産生(shēng)問題。也就是說，對于本例情況，6mil寬走線的長度隻要小(xiǎo)于3cm就不會(huì)有(yǒu)問題。 

    當PCB走線線寬發生(shēng)變化時(shí)，要根據實際情況仔細分析，是否造成影(yǐng)響。需要關注的參數(shù)由三個(gè)：阻抗變化有(yǒu)多(duō)大(dà)、信号上(shàng)升時(shí)間(jiān)是多(duō)少(shǎo)、線寬變化的頸狀部分有(yǒu)多(duō)長。根據上(shàng)面的方法大(dà)緻估算(suàn)一下，适當留出一定的餘量。如果可(kě)能的話(huà)，盡量讓減小(xiǎo)頸狀部分長度。 

    需要指出的是，實際的PCB加工中，參數(shù)不可(kě)能像理(lǐ)論中那(nà)樣精确，理(lǐ)論能對我們的設計(jì)提供指導，但(dàn)不能照搬照抄，不能教條，畢竟這是一門(mén)實踐的科學。估算(suàn)出的值要根據實際情況做(zuò)适當的修訂，再應用到設計(jì)中。