¿Qué cambios traerá el ancho de traza de diseño de PCB
May 27, 2020
Cuando el ruteo de PCB, a menudo sucede que cuando la traza pasa a través de un área, debido al espacio de cableado limitado en el área, es necesario utilizar una línea más delgada. Después de pasar esta área, la línea vuelve a su anchura original. Los cambios en el ancho del trazado provocarán cambios de impedancia, por lo que se producirá una reflexión, que afectará a la señal. Entonces, ¿en qué circunstancias se puede ignorar este efecto y en qué circunstancias debemos considerar su impacto?
Hay tres factores relacionados con este efecto: la magnitud del cambio de impedancia, el tiempo de subida de la señal y el retraso de la señal en la línea estrecha.
En primer lugar vamos a discutir la magnitud del cambio de impedancia. El diseño de muchos circuitos requiere que el ruido reflejado sea inferior al 5% de la oscilación de voltaje (esto está relacionado con el presupuesto de ruido en la señal). De acuerdo con la fórmula del coeficiente de reflexión, la tasa de cambio aproximada de la impedancia se puede calcular como: -Z/Z1-10%. Esta es la razón básica por la que el índice típico de la resistencia de la placa de circuito es +/- 10%
Si el cambio de impedancia solo se produce una vez, por ejemplo, después de cambiar el ancho de la línea de 8mil a 6mil, se mantiene el ancho de 6mil. Para cumplir con el requisito de presupuesto de ruido que el ruido de reflexión de la señal en el cambio abrupto no excede el 5% de la oscilación de voltaje, el cambio de impedancia debe ser inferior al 10%. A veces es difícil de hacer. Tomemos como ejemplo el caso de la línea de microstrip en la hoja FR4. Si el ancho de la línea es de 8 mil, el espesor entre la línea y el plano de referencia es de 4mil, y la impedancia característica es de 46,5o. Después de que el ancho de la línea cambie a 6mil, la impedancia característica se convierte en 54,2o, y la tasa de cambio de impedancia alcanza el 20%. La amplitud de la señal reflejada debe superar el estándar. En cuanto a cuánto afecta a la señal, también está relacionada con el tiempo de subida de la señal y el retraso de la señal desde el extremo de conducción hasta el punto de reflexión. Pero al menos esto es un problema potencial. Afortunadamente, el problema se puede resolver mediante la terminación de coincidencia de impedancia.
Si el cambio de impedancia se produce dos veces, por ejemplo, después de que el ancho de la línea se cambia de 8mil a 6mil, volverá a 8mil después de ser sacado 2cm. Entonces la reflexión ocurrirá en ambos extremos de la línea de 2 cm de largo y 6mil de ancho, una es la impedancia se hace más grande y se produce la reflexión positiva, y la otra es la impedancia se vuelve más pequeña y se produce la reflexión negativa. Si el intervalo entre dos reflexiones es lo suficientemente corto, las dos reflexiones pueden cancelarse entre sí, reduciendo así el impacto. Supongamos que la señal transmitida es de 1V, la primera reflexión regular tiene 0.2V reflejada, el 1.2V continúa transmitiendo hacia adelante, y la segunda reflexión tiene -0.2 * 1.2 a 0.24v reflejado hacia atrás. Suponiendo que la longitud de la línea 6mil es extremadamente corta y las dos reflexiones se producen casi simultáneamente, entonces el voltaje total reflejado es de sólo 0.04V, que es menor que el requisito de presupuesto de ruido del 5%. Por lo tanto, si esta reflexión afecta a la señal y cuánto afecta está relacionada con el retraso en el cambio de impedancia y el tiempo de subida de la señal. La investigación y los experimentos han demostrado que mientras el retraso en el cambio de impedancia sea inferior al 20% del tiempo de subida de la señal, la señal reflejada no causará problemas.
Si el tiempo de subida de la señal es 1ns, entonces el retardo en el cambio de impedancia es menor que 0.2ns correspondiente a 1.2 pulgadas, y la reflexión no causará problemas. En otras palabras, para el caso de este ejemplo, siempre y cuando la longitud de la traza de ancho de 6mil sea inferior a 3 cm, no habrá ningún problema.
Cuando el ancho de la línea de traza del diseño de la placa CI cambia, se debe analizar cuidadosamente si causa un impacto de acuerdo con la situación real. Hay tres parámetros que debe preocuparse: qué tan grande es el cambio en la impedancia, cuál es el tiempo de subida de la señal y cuánto tiempo cambia la parte en forma de cuello del ancho de la línea. Estimar aproximadamente de acuerdo con el método anterior, y dejar un cierto margen apropiadamente. Si es posible, minimice la longitud de la parte del cuello.
Cabe señalar que en el procesamiento real de PCB, los parámetros no pueden ser tan precisos como la teoría. La teoría puede proporcionar orientación para nuestro diseño, pero no puede ser copiada o dogmática. Después de todo, esto es una ciencia práctica. El valor estimado debe revisarse adecuadamente de acuerdo con la situación real y, a continuación, aplicarse al diseño. Si se siente inexperto, sea conservador y ajuste adecuadamente de acuerdo con los costos de fabricación.