原创 一个跨专业的设计理念—阻抗连续性

        阻抗连续是一个广义概念，它不仅仅指电学的电传输路径、，也包括产品结构的力流路径、风道的通风路径等。其基本要求是路径阻抗尽量保持一致，如果不得不有阻抗变换的情况，则须采取缓变过渡的设计形式（图1）。

       对于一个电路布线（图2），如果出现了急性过渡，则在急性过渡的两侧各取一小段dx的长度，其阻抗分别为R和r，同样材质的情况下，根据电阻的计算公式R=ρ*L / S，截面积大的电阻小，因此细的一段阻抗大为R，粗的一段阻抗小为r。当导线上通过电流I，则分别在R和r上产生热量为P_R=I²R，P_r=I²r，因此P_R>P_r，则两段的发热也不一样，温升也就会产生微小的差别，紧邻的两段导体，在温度不同时，将会在电场和温升的双重作用下，细端R段的导电载流子将会发生移动，而形成更多的空穴，载流子的减少导致电阻更加增大，于是形成一个R↑→P_R↑→温度T↑→载流子移动→R↑ 这样一个周而复始的正反馈过程，越来越加速，导致到现在过渡点的烧毁。电炉丝与电线接头处的烧断、PCB板上布线过流时，并不是整条线全部烧毁，而是某一小段烧毁，均可形象的说明此问题。常见的一种失效现象，导线受到ESD损伤（图3），在线缆上形成某个局部的损伤不能再导电，（图3）中的椭圆，于是，在损伤点的两侧与损伤点之间，就形成了一个阻抗机型过渡的环境，最后在这个过渡点发生如上的反应过程，最后在损伤处烧断，烧断后的表现现象为为过电应力热损伤（EOS，Electrical Over Stress），但其实质为ESD（Electro-Static discharge）静电损伤引起，常见的器件失效分析中，“疑似ESD损伤”的结论大都基于此。

          在嵌入式系统的结构设计方面，结构上的急性过渡，会导致出现应力集中点（图4），在力的传递过程中，在急性过渡点的两侧，力流路径的过渡，会将较宽一侧的多余部分所受到的力，全部集中于过渡的部位，从而导致此处成为故障点，在右侧加一个向下压的力时，在过渡处最先出现裂纹断开。