电路板布线宽度变化引起的反射

电路板布线宽度变化引起的反射

在对PCB板进行布线时，经常会出现这样的情况：当经过某个区域时，由于该区域的布线空间有限，不得不使用较细的线路。 经过该区域后，线条将恢复到原来的宽度。 布线宽度的变化会引起阻抗变化，从而产生反射，影响信号。 什么情况下可以忽略这种影响，什么情况下必须考虑它的影响？

与此效应相关的因素有三个：阻抗变化的幅度、信号的上升时间以及信号在窄线上的时间延迟。

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%（这与信号上的噪声预算有关）。 根据反射系数公式：

阻抗变化率大致可计算为：△Z/Z1≤10%。 如您所知，电路板上阻抗的典型指标是+/- 10%，这是根本原因。

如果阻抗仅变化一次，例如当线宽从8mil变为6mil时，始终保持6mil宽度，则阻抗变化必须小于10%才能满足信号反射噪声的噪声预算要求。 突变不超过电压摆幅的5%。 这有时很难做到。 以FR4板上的微带线为例，我们来计算一下。 如果线宽为8mil，则线与参考平面之间的厚度为4mil，特性阻抗为46.5欧姆。 当线宽变化到6mil时，特性阻抗变为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，还与信号上升时间以及驱动端到反射点的信号延迟有关。 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端接来解决。

如果阻抗变化两次，例如线宽从8mil变为6mil，拉出2cm后又变回8mil。 那么在2cm长6mil宽的线的两端就会发生反射。 首先，阻抗变大，引起正反射。 然后，阻抗变小，引起负反射。 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，从而减少影响。 假设传输信号为1V，第一次正反射时反射0.2V，1.2V继续向前传输，第二次反射时-0.2*1.2=0.24V反射回来。 假设6mil线极短，并且几乎同时发生两次反射，则总反射电压仅为0.04V，小于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时的时间延迟和信号上升时间。 研究和实验表明，只要阻抗变化处的时间延迟小于信号上升时间的20%，反射信号就不会造成问题。 如果信号上升时间为1ns，则阻抗变化处的时间延迟小于0.2ns（对应于1.2in），并且反射不会引起问题。 也就是说，在这种情况下，如果6mil宽的电缆长度小于3cm，就不会有问题。

当PCB布线宽度发生变化时，应根据实际情况仔细分析，看看是否有影响。 需要关注三个参数：阻抗变化有多大、信号上升时间有多长、线宽变化的颈部有多长。 按上述方法粗略估算，并适当留有一定余量。 如果可能的话，尽量缩短颈部的长度。

需要指出的是，在实际PCB加工中，参数不可能像理论那样准确。 理论可以为我们的设计提供指导，但不能照搬或教条。 毕竟，这是一门实用科学。 估算值应根据实际情况适当修改后应用于设计。 如果感觉经验不足，则应先保守，然后根据制造成本进行适当调整。 电路板设计者和电路板加工者解释电路板布线宽度变化引起的反射。