PCB設計中關於反射的那些事(6-反射疑雲)

在前文中有不少公式與計算,但其實個人覺得應用工程師要做的是知道趨勢,知道影響範圍,並不需要精確計算,那是軟件乾的事情。

最近聽到一個理論,說大數據時代,人們只需要知其然,不需要知其所以然。想象一下,當我們要做一個項目時,我們可以輕而易舉的知道一些其他類似項目哪些結構成功了哪些結構失敗了,我們還需要理論分析幹嘛呢?

這句話到底有沒有道理大家仁者見仁智者見智,下面我們繼續來解決我們的反射問題:Breakout區域有一次阻抗不連續,但走出該區域之後,走線從細變寬,會增加一次反射,那是不是全程按照breakout區域走線會比較好?

PCB設計中關於反射的那些事(6-反射疑雲)

首先將問題進行簡化,由於本身反射係數不大,第四次反射很小,假設傳到RX的信號是最初的信號加上第二次反射的信號。

一段長為X的阻抗不連續,對哪個頻率的影響最大呢?當相位差為(2n+1)π/2時,也就是相差二分之一波長的時候(反射一來一回,對應的X為四分之一波長)。

也就是說,當X為100mil時,第一次最大衰減的頻點為15GHz,我們從S參數中可以很明顯的看出:

PCB設計中關於反射的那些事(6-反射疑雲)

當X為300mil時,第一次諧振頻率為5GHz:

PCB設計中關於反射的那些事(6-反射疑雲)

假設總線長為2000mil,而全部按照breakout區域走線的阻抗去走的話,第一次諧振頻率則變成了750MHz,諧振週期為1.5GHz:

PCB設計中關於反射的那些事(6-反射疑雲)

回頭呼應反射系列文章的第一節,從那幾張圖中可以知道:

四分之一波長差的損耗為二分之一波長差損耗的30%,二分之一波長差時完全沒有了,四分之一波長差時還有70%。

全反射(反射係數為1)時,在諧振頻率損耗為100%,諧振頻率的損耗跟反射強度有關。

看到這裡估計各位看官也明白了,阻抗不連續越長,影響的頻率越低。的的確確是因為阻抗不連續較短,反射淹沒在上升沿當中了。

根據這套理論,我們很容易去判斷設計中的一些細節對整個系統的影響到底有多大,舉個例子:

PCB設計中關於反射的那些事(6-反射疑雲)

信號速率越來越高是一種趨勢,於是各種優化方案也被人們提了出來,這兩個可能是近年來開始被大家熟悉的優化方案,加粗反焊盤上的走線或者填補走線附近的參考層,以防止反焊盤上扇出的走線阻抗偏高。可是這到底有多大的影響或者優化呢?

排除一些特殊情況(連接器,板厚較厚需要使用較大過孔等等),這一段在antipad上的走線長度大約為20mil(親,不要把過孔pad算上哦)。

20mil的第一次諧振頻率大約是多少呢?75GHz(四分之一波長)。如果我們按照二十分之一波長(影響不到1%)來算的話,對應的頻率也是15GHz。您的信號需要做這樣的優化嗎?

看完這些之後,相信能幫助大家在工(he)程(ge)師(wan)精(sui)神和工(qiang)匠(po)精(zheng)神中間找到一個平衡點了。


這一節高速先生有給大家準備問題。問:減小反射影響的方法有哪些?


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