Jaké změny přinese šířka traces návrhu plošných spojů
May 27, 2020
Při směrování desek plošných spojů se často stává, že když stopa prochází oblastí, vzhledem k omezenému prostoru zapojení v oblasti, je nutné použít tenčí linku. Po předání této oblasti se čára vrátí do původní šířky. Změny šířky trasování způsobí změny impedančních změn, takže dojde k odrazu, což ovlivní signál. Za jakých okolností tedy lze tento účinek ignorovat a za jakých okolností musíme zvážit jeho dopad?
Existují tři faktory související s tímto účinkem: velikost změny impedanční, doba nárůstu signálu a zpoždění signálu na úzké čáře.
Za prvé umožňuje diskutovat o velikosti impedanční změny. Konstrukce mnoha obvodů vyžaduje, aby odražený šum byl menší než 5% výkyvu napětí (to souvisí s rozpočtem hluku na signálu). Podle vzorce koeficientu odrazu lze přibližnou rychlost změny impedance vypočítat takto: z/z1≤10 %. To je základní důvod, proč je typický index odporu desky s plošnými spoji +/- 10%
Pokud ke změně impedance dochází pouze jednou, například po změně šířky čáry z 8mil na 6mil, šířka 6mil je zachována. Aby byl splněn požadavek rozpočtu hluku, aby šum odrazu signálu při náhlé změně nepřekročil 5% výkyvu napětí, musí být změna impedance menší než 10%. Někdy je to těžké. Vezměme si jako příklad případ mikropásové linky na listu FR4. Pokud je šířka čáry 8 mil, tloušťka mezi čárou a referenční rovinou je 4mil a charakteristická impedance je 46,5Ω. Po změně šířky čáry na 6mil se charakteristická impedance změní na 54,2Ω a rychlost změny impedance dosáhne 20%. Amplituda odraženého signálu musí překročit standard. Pokud jde o to, jak moc ovlivňuje signál, souvisí také s dobou náhoze signálu a zpožděním signálu od konce jízdy k bodu odrazu. Ale alespoň je to potenciální problém. Naštěstí může být problém vyřešen impedančním ukončením párování.
Pokud dojde ke změně impedance dvakrát, například po změně šířky čáry z 8mil na 6mil, bude zpět na 8mil poté, co byl vytažen 2cm. Pak se odraz nastane na obou koncích 2 cm dlouhé a 6mil široké čáry, jeden je impedance se stává větší a pozitivní odraz nastane, a druhý je impedance se stává menší a negativní odraz nastane. Pokud je interval mezi dvěma odrazy dostatečně krátký, mohou se tyto dva odrazy vzájemně zrušit, čímž se sníží dopad. Předpokládejme, že vysílaný signál je 1V, první pravidelný odraz má 0,2V odráží, 1.2V pokračuje v přenosu dopředu a druhý odraz má -0,2 * 1,2 = 0,24v odráží zpět. Za předpokladu, že délka linky 6mil je extrémně krátká a dva odrazy se vyskytují téměř současně, pak celkové odražené napětí je pouze 0,04 V, což je méně než požadavek na hlukový rozpočet 5%. Proto, zda tento odraz ovlivňuje signál a jak moc to ovlivňuje souvisí se zpožděním při impedanční změně a časem stoupačky signálu. Výzkum a experimenty ukázaly, že dokud je zpoždění při změně impedance menší než 20% doby návalu signálu, neodražený signál nezpůsobí problémy.
Pokud je doba náhonu signálu 1ns, pak je zpoždění při změně impedance menší než 0,2ns odpovídající 1,2 palce a odraz nezpůsobí problémy. Jinými slovy, v případě tohoto příkladu, pokud je délka 6mil široké trasy menší než 3 cm, nebude žádný problém.
Když se změní šířka čáry návrhu desky plošných spojů, měla by být pečlivě analyzována, zda způsobuje dopad podle skutečné situace. Existují tři parametry, které je třeba znepokojovat: jak velká je změna impedance, jaká je doba návstřice signálu a jak dlouho je část šířky čáry ve tvaru krku. Přibližně odhadněte podle výše uvedené metody a ponechte určitou rezervu odpovídajícím způsobem. Pokud je to možné, minimalizujte délku části krku.
Je třeba zdůraznit, že ve skutečném zpracování DESEK plošných spojů nemohou být parametry tak přesné jako teorie. Teorie může poskytnout vodítko pro náš návrh, ale nemůže být kopírována nebo dogmatická. Koneckonců, je to praktická věda. Odhadovaná hodnota by měla být odpovídajícím způsobem revidována podle skutečné situace a poté použita na návrh. Pokud se cítíte nezkušení, buďte konzervativní a vhodně upravte podle výrobních nákladů.