在日常pcb版图设计中,阻抗突变是不可避免的事情。下图为日常的版图走线:
图中标记处为常见的阻抗突变。
简短意赅,直接给出阻抗突变总结图:
1、拐角
之前有推导过,导线中的电子速度为1cm/s, 所以90°拐角不会影响电子速度。90°拐角弯曲处更多影响是线宽,造成容性突变,影响信号质量。
2、过孔
记得之前总结过孔经验法则的时候,有过这么两条:
1.50Ω传输线单位长度电容约为3.3 pf/in;
2.过孔桩线的单位长度电容约为5 pf/in。
为了大家有个直观的印象,对过孔的阻抗突变做了个仿真,见下图:
在实际的工作中,所以才有对高速信号的过孔,进行优化处理,比如stiching via,antipad等来减少阻抗突变
3、桩线
随着产品的高速化,很多stub都做了backdrill的处理,来控制反射,优化阻抗突变。这里面对高速率产品有需要考虑pcb工艺的误差。
桩线越长,阻抗的容性突变越大
4、breakout
芯片出pin的breakout(pin field)区域,一般走线比较窄,出了这个区域走线恢复正常。
breakout 区域线变窄,阻抗变大。
5、其他
信号在走线部分跨分割,除了增加感性突变,还会引起串扰和辐射。这里就不做展开。
信号经过连接器从一块电路板传输到另一块电路板,连接器呈现出典型的感性负载特征。
6、影响
以上的这些突变会对信号产生什么影响呢?
容性突变使接收端产生下冲噪声&接收端信号延迟。
感性突变使接收端产生上冲噪声&接收端信号延迟。
7、总结
既然知道了阻抗突变的危害,我们就需要在实际的工作中,进行管控。之前的总结里给出过相关经验公式。
容性突变的裕量:
感性突变的裕量:
如果导线的特性阻抗为50Ω,信号上升边为1 ns,则可容许的最大串联电感约为0.2 x 50 x 1 ns=10 nh。
总之,管控也好,优化也罢,信号完整性工程师所要做的就是保证链路在裕量范围之内。
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常见的阻抗突变有哪些?这些突变会对信号产生什么影响呢?
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