Elektronisches Design - Wie man das SI-Reflexionsproblem der PCB-Übertragungsleitung löst

1. Ursachen von SI-Problemen

Ein häufiges SI-Problem ist die Reflexion, und wir wissen, dass Leiterplatte Übertragungsleitungen haben die Eigenschaft der "charakteristischen Impedanz", die auftritt, wenn die "charakteristische Impedanz" verschiedener Teile der Verbindungsverbindung nicht übereinstimmt.

SI-Reflexionsproblem in der Signalwellenformdarstellung ist: Aufwärts/Abwärts/Klingeln, etc.

Die folgende Abbildung zeigt eine typische Hochgeschwindigkeitssignal-Verbindungsverbindung. Der Signalübertragungsweg umfasst: 1. Senderchip (Paket und PCB durch Loch)2. PCB-Verkabelung der Kinderkarte 3. PCB-Verkabelung der Kinderkarte 4. PCB-Verkabelung der Backplane 5. Peer-Kartenverbinder 6. PCB-Verkabelung der Peer-Karte 7. AC-Kopplungskapazität 8. Empfängerchip (Paket und PCB durch Loch)

Abb. 1. typische Hochgeschwindigkeitssignalverbindungsleitung

Es kann gesehen werden, dass die Hochgeschwindigkeitssignalverbindungsverbindung von tatsächlichen elektronischen Produkten relativ komplex ist, und Impedanzanpassung tritt normalerweise an den Verbindungspunkten verschiedener Komponenten auf, was zu Signalemission führt.

Häufige Impedanzkonstinuitäten von Hochgeschwindigkeitsverbindungen:

(1) Chipverpackung: normalerweise PCB-Verdrahtungsbreite im Chip-Verpackungssubstrat ist viel dünner als gewöhnliche Leiterplatte, Impedanzkontrolle ist nicht einfach;

(2) PCB durch Loch: PCB durch Loch ist normalerweise kapazitiver Effekt, niedrige charakteristische Impedanz, PCB-Design sollte Aufmerksamkeit und Optimierung schenken;

(3) Steckverbinder: Das Design der kupfernen Verbindungsverbindung im Steckverbinder sollte gleichzeitig von mechanischer Zuverlässigkeit und elektrischer Leistung beeinflusst werden, um ein Gleichgewicht zwischen den beiden zu suchen;

PCB-Verdrahtung, auf der anderen Seite, Impedanzsteuerung ist im Allgemeinen einfacher als andere miteinander verbundene Komponenten, konzentriert sich auf das geschichtete Design, Plattenauswahl, aber normalerweise PCB-Verarbeitungsplatine Fabrik Impedanzsteuerung Toleranz ist 10%, um 5-8% Impedanz Toleranz Steuerung zu erreichen erfordert oft höhere Verarbeitungskosten.

2. Grundlegende Theorie der Reflexion der Übertragungsleitung

Wenn ein Treiber ein Signal zu einer Übertragungsleitung hinzufügt, hängt die Amplitude des Signals von der Spannung und dem Widerstand des Treibers und der Leitungsimedanz ab. Die Ausgangsspannung am Treiber wird durch Aufteilung der Spannung zwischen dem eigenen Widerstand und der Impedanz der Übertragungsleitung gesteuert.

Das folgende Diagramm zeigt die anfängliche Wellenform, die auf eine lange Übertragungsleitung angewendet wird. Die Ausgangsspannung Vi wird bis zum Ende an die Übertragungsleitung übertragen. Die Amplitude von Vi wird durch die Teilspannung des Treiberwiderstandes und die Impedanz der Übertragungsleitung bestimmt:

Fig 2. Ausbreitung der Signalwellenform in der langen Übertragungsleitung

Wenn das Ende der Übertragungsleitung durch eine Impedanz beendet wird und diese Impedanz mit der Impedanz der Leitung übereinstimmt, wird das Signal der Amplitude Vi auf die Erde beendet, und die Spannung Vi bleibt auf der Linie, bis die Quelle geschaltet wird. In diesem Fall ist Vi gleichbleibend. Andernfalls, wenn die Impedanz am Ende der Übertragungsleitung nicht die charakteristische Impedanz der Leitung ist, endet ein Teil des Signals zur Erde, und der Rest des Signals wird zurück zur Übertragungsleitung zurück zur Quelle reflektiert. Die Menge des zurückgereflektierten Signals wird durch den Reflexionskoeffizienten bestimmt, der durch das Verhältnis der reflektierten Spannung zur Eingangsspannung an einem bestimmten Punkt bestimmt wird. Dieser Punkt ist definiert als die Impedanzkonstinuität auf der Übertragungsleitung. Impedanzkonstinuitäten können Teil einer Übertragungsleitung mit unterschiedlichen charakteristischen Impedanzen sein, oder sie können der Endwiderstand oder die Eingangsimpedanz zum Chippuffer sein.

Dabei ist Z0 die Standardimpedanz der Übertragungsleitung und ZT die Impedanz eines diskontinuierlichen Punktes auf der Übertragungsleitung.

Die Gleichung geht davon aus, dass das auf der Übertragungsleitung mit charakteristischer Impedanz Z0 übertragene Signal auf diskontinuierliche Impedanz ZT trifft. Beachten Sie, dass bei Z0=ZT der Reflexionskoeffizient 0 ist, was bedeutet, dass es keine Reflexion gibt. Der Fall, in dem Z0 gleich ZT ist, wird als Matched End bezeichnet.

Wie in der Abbildung unten gezeigt, wenn die Eingangswellenform mit ZT beendet wird, wird ein Teil des Signals Viρ zurück zur Quelle reflektiert und zur Eingangswellenform hinzugefügt, ist die Amplitude der gesamten Eingangssignalwellenform Viρ+Vi. Der reflektierte Teil kann eine weitere Reflexion von der Quelle erzeugen, und Reflexion und Reflexion dauern an, bis die Übertragungsleitung stabil ist.

Abb. 3. Signalreflexion unter Impedanzmangelung

Wenn die Übertragungsleitung vollständig aufeinander abgestimmt, kurzgeschlossen und offen ist, wird der Reflexionskoeffizient wie folgt dargestellt:

Abb. 4. Reflexionskoeffizienten von (a) Klemme (b) Kurzschluss (c) offener Kreis

In der praktischen Anwendung der Verbindungsleitung, es gibt keine ideale Übertragungsleitung, es ist unmöglich, genau zu entsprechen, so dass die Signalreflexion notwendigerweise vorhanden ist, die PCB-Design Der Schlüssel liegt in der Verbindung von Verbindungen Teile der Impedanz versuchen, die Lücke zu verkleinern, um die Amplitude des Reflexionssignals zu verringern, Vermeidung von Mehrfachreflexionstödlichen Effekten auf die Signalqualität.