我们将继续审查PCB跟踪。 感谢我的学校老师，我从家乡Severodvinsk发表了这篇文章。 它致力于的主题是基本的，因此处理它很重要。 在这里，将考虑信号线中的反射，并且将一如既往地建议减少信号失真，包括使用各种线匹配技术。
在该周期的
前一篇文章中，表明了在返回电流路径中存在切口会增加信号电路的电感，这会对印刷电路板的EMR电平产生负面影响。 但是，它们的负面影响还不止于此（值得注意的是，在参考层中使用切口会降低印刷电路板的EMR电平，但是从控制返回电流的角度来看，它们要求很高的精度，因此一般情况下不建议这样做）。 像其他不均匀性一样（例如过渡孔，轨道分支，轨道宽度变化或距参考层的距离等），切口会改变信号线阻抗的局部值（英式瞬时阻抗）。 信号传播过程中阻抗的任何变化都会导致其幅度发生变化，并导致传播回源的反射信号出现（图1）。
相对于源的正向和反向信号的幅度仅由给定频率下的阻抗Z
1和Z
2的值确定：
系数前面的减号表示信号相位变化了180
° 。 即使信号线在整个长度上都是均匀的（以下简称为“线的均匀性，是指其横截面的几何参数的恒定性”），并且其阻抗是恒定的，并且称为特征阻抗，信号反射不仅会发生在线路本身中，还会发生并且在其末端-在源极侧或负载侧。 考虑一个简单的电路（图2），其中信号源和负载的电阻与均质线的波阻抗不一致。 在这种情况下，线路中的反射会反复发生，并逐渐消失，并导致干涉图样（信号总和）。 图中还显示了振幅为1.2 V，前沿为1 ns的逐步脉冲信号的LTSpice中的反射信号模式和仿真结果。
请注意，在信号传播期间（直到第一次反射），信号线输入处的电压不等于信号源V
S的电压，并且通过电阻分压器的系数与之相关
从线路的末端多次反射后，负载上的电压值趋于等于减小的几何级数之和，该值等于电阻分压器下臂上的电压
由于在实际条件下无法确保沿信号传播路径的阻抗恒定，因此总是会发生反射。 问题是它们在什么条件下会导致明显的信号失真。 我们再次考虑图2所示电路的示例。 2，固定信号源的电阻值，线路的负载和波阻抗。 因此，总和中包括的干扰信号的幅度也得以保留。 但是，除了信号A
i的幅度外，总和
的值还取决于它们的时间位移τi：
其中TD是信号在线路中的传播时间或线路的时间延迟（英制传输线路延迟）。 该值由信号线的长度L和信号在线TD上的传播速度v = L / v确定。 我们将减少线路的时间延迟-当信号值恒定时，“搁架”的持续时间也会减少。 当i信号达到其振幅值后，当i +1反射信号立即到达负载时，架子将消失。 由于信号在等于前沿t
R的持续时间的时间内达到其幅度值，因此应执行以下操作：
时间延迟的进一步减少将导致无法达到纹波的幅度值（英语振铃）的事实。 在无限短线TD→0的极限情况下，不存在振荡瞬变。 因此，关于减小关键信号线长的必要性的结论已经在
上一篇文章中已经提到，与电感的减小有关。 当然，印刷电路板上的实际信号线具有有限的长度，因此条件TD << t
R是小纹波的数学标准。
R.1。
对于具有时间延迟TD的信号线中具有前置持续时间tR的脉冲信号的小失真的实际条件是TD <1/5∙tR 。 为了估计信号线长度，我们可以取v≈15 cm / ns（对于FR4），然后可以将条件重写为L [cm] <3∙t R [ns]。
重要的是要理解，可接受的失真度应由印刷电路板的设计者确定，或者应将此参数指定为限制性的。 另外，纹波的幅度不仅取决于t
R和TD之间的关系，还取决于线路失配的程度。 在给定的建议中，小的失真应理解为脉动，其幅度不超过大约±10％。 如果不满足条件t
R > 5∙TD或对脉动的要求更加严格，则可以通过以下三种方法来减少线路中的谐振现象：
- TD的减少（主要是由于线长的减少），
- t R增加（信号切换速度降低），
- 线路协调（英语终止）。
所有线匹配方法（表1）的目标是确保其一端或两端没有反射。 这些方法都不是理想的-每个方法都有其优缺点，而绝对所有方法都会导致额外的能量损失。 因此，不建议在提供最小可能的线长和信号切换速度之前求助于线匹配。
表1.信号线匹配方法。
注意事项：
（1）在并联电路中，可以使用到公共线和电源的连接。
（2）最优性是指最小化能量损失的标准。
在信号线将信号源连接到单个负载（点对点）的情况下，可以同时使用源侧和负载侧的阻抗匹配。 如果信号线上有多个负载（英文多负载），则建议在负载侧进行协调。 在没有信号失真的情况下总是很关键的此类方案的例子很多-分布式时钟电路，多点数据总线，带有多个微电路的外部存储器的组织等。在英语文献中，短信号分支（英语存根）和长信号分支（英语支路）被区分开。 。 短分支的优点在于，它们的末端可能没有匹配的组件，但是，它们的长度受到限制。
R.2。
来自信号线的短分支可能不一致，但其长度应尽可能短，并且不应超过TD STUB 1/5 ∙t R的值。
将信号线分为N个部分的三种主要模式如图2所示。 3.在分支之前具有短截面（与分支的准则相同）的电路会导致信号源的负载增加。 如果该部分在分支之前很长，则有必要增加分支的阻抗。 在同一层上信号线的波阻的增加将要求其宽度的减小，这可能成为限制。 如果使用电阻R =（N-1）∙Z
0的串联电阻，则它形成一个分压器-且负载处的信号幅度降低V
LOAD = 1 / N∙V
IN 。 显然，每种方案都不是没有缺点（除了增加使用的组件数量），因此，建议仅在使用具有主信号线和短信号线的拓扑结构时才使用带分支的拓扑结构（星形拓扑结构）。菊花链拓扑）是不可能的。
总之，应该注意的是，信号线匹配方法的选择与印刷电路板的电路密切相关，因此如果开发人员仅负责印刷电路板的拓扑结构，则应与电路工程师一起使用信号线建模（SPICE或专用软件）做出决定。 然而，如果不可能以其他方式提供所需的失真水平，则始终需要由印刷电路板的设计者来协调线的问题。
该文章首次发表在《组件和技术2018》第3期上。 有关Habr的出版物已获得该杂志编辑的同意。