PCB布线什么情况下我们必须考虑走线宽度的影响?

2018-09-27 16:51:34 来源:21ic
标签:

在进行PCB布线时,经常会发生这样的情况:走线通过某一区域时,由于该区域布线空间有限,不得不使用更细的线条,通过这一区域后,线条再恢复原来的宽度。走线宽度变化会引起阻抗变化,因此发生反射,对信号产生影响。那么什么情况下可以忽略这一影响,又在什么情况下我们必须考虑它的影响?

 

 

有三个因素和这一影响有关:阻抗变化的大小、信号上升时间、窄线条上信号的时延。

 

首先讨论阻抗变化的大小。很多电路的设计要求反射噪声小于电压摆幅的5%(这和信号上的噪声预算有关),根据反射系数公式:

ρ=(Z2-Z1)/(Z2+Z1) =△Z /(△Z+2Z1)≤5%

可以计算出阻抗大致的变化率要求为:△Z/Z1≤10%

你可能知道,电路板上阻抗的典型指标为+/-10%,根本原因就在这。

 

如果阻抗变化只发生一次,例如线宽从8mil变到6mil后,一直保持6mil宽度这种情况,要达到突变处信号反射噪声不超过电压摆幅的5%这一噪声预算要求,阻抗变化必须小于10%.这有时很难做到,以FR4板材上微带线的情况为例,我们计算一下。如果线宽8mil,线条和参考平面之间的厚度为4mil,特性阻抗为46.5欧姆。线宽变化到6mil后特性阻抗变成54.2欧姆,阻抗变化率达到了20%.反射信号的幅度必然超标。至于对信号造成多大影响,还和信号上升时间和驱动端到反射点处信号的时延有关。但至少这是一个潜在的问题点。幸运的是这时可以通过阻抗匹配端接解决问题。

 

如果阻抗变化发生两次,例如线宽从8mil变到6mil后,拉出2cm后又变回8mil.那么在2cm长6mil宽线条的两个端点处都会发生反射,一次是阻抗变大,发生正反射,接着阻抗变小,发生负反射。如果两次反射间隔时间足够短,两次反射就有可能相互抵消,从而减小影响。假设传输信号为1V,第一次正反射有0.2V被反射,1.2V继续向前传输,第二次反射有-0.2*1.2 = 0.24v被反射回。再假设6mil线长度极短,两次反射几乎同时发生,那么总的反射电压只有0.04V,小于5%这一噪声预算要求。因此,这种反射是否影响信号,有多大影响,和阻抗变化处的时延以及信号上升时间有关。研究及实验表明,只要阻抗变化处的时延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,那么阻抗变化处的时延小于0.2ns对应1.2英寸,反射就不会产生问题。也就是说,对于本例情况,6mil宽走线的长度只要小于3cm就不会有问题。

 

当PCB走线线宽发生变化时,要根据实际情况仔细分析,是否造成影响。需要关注的参数由三个:阻抗变化有多大、信号上升时间是多少、线宽变化的颈状部分有多长。根据上面的方法大致估算一下,适当留出一定的余量。如果可能的话,尽量让减小颈状部分长度。

 

需要指出的是,实际的PCB加工中,参数不可能像理论中那样精确,理论能对我们的设计提供指导,但不能照搬照抄,不能教条,毕竟这是一门实践的科学。估算出的值要根据实际情况做适当的修订,再应用到设计中。

 
关注与非网微信 ( ee-focus )
限量版产业观察、行业动态、技术大餐每日推荐
享受快时代的精品慢阅读
 

 

继续阅读
现代零售业要坚决拥抱互联网,全面数字化成了不可阻挡的趋势?

10月15日,物美联合多点、链商优供在北京召开商业全面数字化高峰论坛。物美集团董事长张文中表示,现代零售业要坚决拥抱互联网,彻底回归商业本质,全面数字化是一个不可阻挡的趋势,数字化的目的是要提高供应链效率,改善顾客的消费体验。

以ZDS3000/4000 Plus系列示波器为例讲解示波器的三大模式

示波器可通过各种各样的视图模式来观察波形,有YT模式、滚动模式、XY模式,YT模式又可以进一步细分为普通、单/双ZOOM显示模式、插值模式,观察信号时,应选择哪一种模式才最合适,不同的模式之间又有什么关联?

iPhone XS/XS Max五宗罪:价格高/维修贵/信号差……
iPhone XS/XS Max五宗罪:价格高/维修贵/信号差……

如果新iPhone,也就是iPhone XS/XS Max/XR,能够给点力,这第二的交椅还是苹果的。然而,新iPhone上市后得到的最多的不是欢呼声,而是吐槽声。

iPhone XS问题频发,是谁在拖后腿?
iPhone XS问题频发,是谁在拖后腿?

随着上周 iPhone XS 系列开卖,不少用户都陆续收到了久违的新机。不过这款新机出师似乎不太顺利,距离开卖不到一周,「通话质量差」、「信号跳水」等问题便在全球用户群里被频频曝出。

模拟和数字布线策略的相似之处

工程领域中的数字设计人员和数字电路板设计专家在不断增加,这反映了行业的发展趋势。尽管对数字设计的重视带来了电子产品的重大发展,但仍然存在,而且还会一直存在一部分与模拟或现实环境接口的电路设计。模拟和数字领域的布线策略有一些类似之处,但要获得更好的结果时,由于其布线策略不同,简单电路布线设计就不再是最优方案了。

更多资讯
各类阻水、防水型数字电缆应用简介

本文主要介绍了目前综合布线市场上使用比较多的各类阻水、防水型数字电缆,并简单阐述了该类产品的工艺设计、电气性能特点和生产过程中关键制造技术的控制。

PCB设计工程师不得不知的法则

尽管目前半导体集成度越来越高,许多应用也都有随时可用的片上系统,同时许多功能强大且开箱即用的开发板也越来越可轻松获取,但许多使用案例中电子产品的应用仍然需要使用定制PCB。在一次性开发当中,即使一个普通的PCB都能发挥非常重要的作用。

印刷电路板上被动组件的隐藏行为和特性

传统上,EMC一直被视为「黑色魔术(black magic)」。其实,EMC是可以藉由数学公式来理解的。不过,纵使有数学分析方法可以利用,但那些数学方程式对实际的EMC电路设计而言,仍然太过复杂了。幸运的是,在大多数的实务工作中,工程师并不需要完全理解那些复杂的数学公式和存在于EMC规范中的学理依据

知道这些测试术语,你才敢真的说懂PCB

提交验收的产品尚未经受任何条件处理,在正常大气条件下机械试验时阿状态

软硬兼修讲解STM32从原理图PCB到移植RTOS

2010年,我在华为时,暂时脱产去参与招聘工作;为了为本部门招聘更多的人,争夺HC号(招聘入职的名额),所以非常卖力的希望每个来面试的,符合硬杠杠的面试者都能通过层层面试。

Moore8直播课堂