PCB-Neuigkeiten - Charakteristisches Impedanzproblem im Hochgeschwindigkeitsdesign

Im Hochgeschwindigkeitsdesign beunruhigt die charakteristische Impedanz der steuerbaren Impedanzkarte und -schaltung viele chinesische Ingenieure. Dieser Artikel stellt die grundlegenden Eigenschaften, Berechnungs- und Messmethoden der charakteristischen Impedanz durch eine einfache und intuitive Methode vor.

Im Hochgeschwindigkeitsdesign ist die charakteristische Impedanz steuerbarer Impedanzboards und -leitungen eines der wichtigsten und häufigsten Probleme. Verstehen Sie zuerst die Definition einer Übertragungsleitung: Eine Übertragungsleitung besteht aus zwei Leitern mit einer bestimmten Länge, ein Leiter wird verwendet, um Signale zu senden, und der undere wird verwendet, um Signale zu empfangen (erinnern Sie sich an das Konzept der "Schleife" anstelle von "Masse"). In einer mehrschichtigen Platine ist jede Leitung eine Komponente der Übertragungsleitung, und die benachbarte Bezugsebene kann als zweite Linie oder Schleife verwendet werden. Der Schlüssel zu einer "guten Leistung"-Übertragungsleitung besteht darin, ihre charakteristische Impedanz während der gesamten Leitung konstant zu halten.

Der Schlüssel, damit die Leiterplatte zu einer "steuerbaren Impedanzplatte" wird, besteht darin, dass die charakteristische Impedanz aller Schaltungen einen bestimmten Wert erfüllt, normalerweise zwischen 25-Ohm und 70-Ohm. In einem Mehrschichtige Leiterplatte, Der Schlüssel zu guter Übertragungsleitungsleistung besteht darin, seine charakteristische Impedanz während der gesamten Leitung konstant zu halten..

Aber was ist die charakteristische Impedanz? Der einfachste Weg, die charakteristische Impedanz zu verstehen, besteht darin, zu sehen, was das Signal während der Übertragung trifft. Beim Fahren entlang einer Übertragungsleitung mit demselben Querschnitt, Dies ist ähnlich der Mikrowellenübertragung in Abbildung 1. Angenommen, eine Spannungsschrittwelle von 1 Volt wird dieser Übertragungsleitung hinzugefügt. Zum Beispiel, a 1 volt battery is connected to the front end of the transmission line (it is located between the transmission line and the loop). Einmal verbunden, Das Spannungswellensignal bewegt sich entlang der Linie mit Lichtgeschwindigkeit. Vermehrung, seine Geschwindigkeit ist normalerweise etwa 6 Zoll/Nanosekunde. Natürlich, Dieses Signal ist tatsächlich die Spannungsdifferenz zwischen der Übertragungsleitung und der Schleife, und es kann von jedem Punkt der Übertragungsleitung und dem angrenzenden Punkt der Schleife gemessen werden. Abb. 2 ist ein schematisches Diagramm der Übertragung des Spannungssignals.

Zens Methode besteht darin, zuerst "ein Signal zu erzeugen" und es dann entlang dieser Übertragungsleitung mit einer Geschwindigkeit von 6 Zoll pro Nanosekunde zu verbreiten. Die erste 0.01 Nanosekunden Fortschritte 0.06 Zoll. Zur Zeit, die sendende Leitung hat überschüssige positive Ladung, und die Schleife hat überschüssige negative Ladung. Es ist die Differenz zwischen diesen beiden Arten von Ladungen, die die 1-Volt-Spannungsdifferenz zwischen den beiden Leitern beibehält. Und diese beiden Leiter bilden einen Kondensator.

In der nächsten 0.01 Nanosekunde, um die Spannung eines 0 einzustellen.06 Zoll Übertragungsleitung von 0 bis 1 Volt, Es ist notwendig, eine positive Ladung zur Sendeleitung und eine negative Ladung zur Empfangsleitung hinzuzufügen. Für jede 0.06 Zoll Bewegung, mehr positive Ladung muss auf die Übertragungsleitung addiert werden, und mehr negative Ladung muss der Schleife hinzugefügt werden. Alle 0.01 Nanosekunden, ein anderer Abschnitt der Übertragungsleitung muss belastet werden, und dann beginnt sich das Signal entlang dieses Abschnitts zu verbreiten. Die Ladung kommt von der Batterie am vorderen Ende der Übertragungsleitung. Bei der Bewegung entlang dieser Linie, es lädt den kontinuierlichen Teil der Übertragungsleitung, Dadurch entsteht eine Spannungsdifferenz von 1 Volt zwischen der Übertragungsleitung und der Schleife. Jedes Mal 0.01 Nanosekunden vorwärts, some charge (±Q) is obtained from the battery, and the constant power (±Q) flowing out of the battery in a constant time interval (±t) is a constant current. Der negative Strom, der in die Schleife fließt, ist tatsächlich derselbe wie der positive Strom, der aus der Schleife fließt, und es ist gerade am vorderen Ende der Signalwelle. Der Wechselstrom fließt durch den Kondensator, der von den oberen und unteren Leitungen gebildet wird, um den gesamten Zyklus zu beenden. Das Verfahren ist in Abbildung 3 dargestellt.

Line impedance

For batteries, wenn sich das Signal entlang der Übertragungsleitung ausbreitet, die kontinuierliche 0.06 Zoll Übertragungsleitungssegment wird jedes 0 Zoll geladen.01 Nanosekunden. Wenn ein konstanter Strom von der Stromversorgung erhalten wird, die Übertragungsleitung sieht aus wie eine Impedanz, und sein Impedanzwert ist konstant, die als "Stoßimpedanz" der Übertragungsleitung bezeichnet werden kann.

Ähnlich, wenn sich ein Signal entlang der Leitung ausbreitet, vor dem nächsten Schritt, innerhalb von 0.01 Nanosekunden, welcher Strom die Spannung dieses Schrittes auf 1 Volt erhöhen kann? Dies beinhaltet das Konzept der momentanen Impedanz.

Aus Sicht der Batterie, wenn sich das Signal mit einer stabilen Geschwindigkeit entlang der Übertragungsleitung ausbreitet, und die Übertragungsleitung hat den gleichen Querschnitt, Für jeden Schritt in 0 wird die gleiche Ladung benötigt.01 Nanosekunden zur Erzeugung der gleichen Signalspannung. Wenn man diese Linie entlang geht, es wird die gleiche momentane Impedanz erzeugen, die als Kennlinie der Übertragungsleitung angesehen wird und als Kennimpedanz bezeichnet wird. Wenn die charakteristische Impedanz des Signals in jedem Schritt des Übertragungsprozesses gleich ist, dann kann die Übertragungsleitung als steuerbare Impedanz-Übertragungsleitung betrachtet werden.

Momentane Impedanz oder charakteristische Impedanz ist sehr wichtig für die Qualität der Signalübertragung. Während des Übertragungsprozesses, wenn die Impedanz des nächsten Schrittes gleich der Impedanz des vorherigen Schrittes ist, die Arbeit kann reibungslos ablaufen, aber wenn sich die Impedanz ändert, einige Probleme auftreten.

Um die beste Signalqualität zu erreichen, Das Konstruktionsziel der internen Verbindung ist es, die Impedanz während des Signalübertragungsprozesses so stabil wie möglich zu halten. Erstens, die charakteristische Impedanz der Übertragungsleitung muss stabil gehalten werden. Daher, Die Herstellung steuerbarer Impedanzplatinen wird immer wichtiger. Darüber hinaus, andere Methoden wie die kürzeste verbleibende Drahtlänge, Endentnahme und ganzer Drahtgebrauch werden auch verwendet, um die Stabilität der momentanen Impedanz in der Signalübertragung aufrechtzuerhalten.

Calculation of characteristic impedance

Simple characteristic impedance model: Z=V/I, Z stellt die Impedanz jedes Schrittes im Signalübertragungsprozess dar, V stellt die Spannung dar, wenn das Signal in die Übertragungsleitung eintritt, und ich repräsentiere die aktuelle. I=Q/±t, Q stellt die elektrische Menge dar, und t repräsentiert die Zeit jedes Schrittes.

Electricity (from battery): ±Q=±C*V, C steht für Kapazität, und V steht für Spannung. Die Kapazität kann durch die Kapazität CL pro Einheitslänge der Übertragungsleitung und die Signalübertragungsgeschwindigkeit v abgeleitet werden. Der Längenwert des Einheitspins wird als Geschwindigkeit betrachtet, und dann multipliziert mit der Zeit t für jeden Schritt, then the formula is obtained: ±C=CL*v*(±)t.

Kombination der oben genannten Punkte, wir können die charakteristische Impedanz erhalten:

Z=V/I=V/(±Q/±t)=V/(±C*V/±t)=V/(CL*v*(±)t*V/±t)=1/(CL *v)

Es kann gesehen werden, dass die charakteristische Impedanz mit der Einheitslängenkapazität der Übertragungsleitung und der Signalübertragungsgeschwindigkeit in Beziehung steht. Um die charakteristische Impedanz von der tatsächlichen Impedanz Z zu unterscheiden, wir fügen 0 nach Z hinzu. Die charakteristische Impedanz der Übertragungsleitung ist: Z0=1/(CL*v)

If the capacity per unit length of the transmission line and the signal transmission speed remain unchanged, die charakteristische Impedanz der Übertragungsleitung bleibt ebenfalls unverändert. Diese einfache Erklärung kann den gesunden Sinn für Kapazität mit der neu entdeckten charakteristischen Impedanztheorie verbinden. Wird die Kapazität pro Längeneinheit der Übertragungsleitung erhöht, wie Verdickung der Übertragungsleitung, die charakteristische Impedanz der Übertragungsleitung kann reduziert werden.

Characteristic impedance measurement

When the battery is connected to the transmission line (assuming the impedance is 50 ohms at the time), Verbinden Sie den Ohmmeter mit dem 3-Fuß langen RG58 optischen Kabel. Wie man die unendliche Impedanz zu diesem Zeitpunkt misst? Die Impedanz einer Übertragungsleitung hängt von der Zeit ab. Wenn Sie die Impedanz des Glasfaserkabels in einer kürzeren Zeit als die Reflexion des Glasfaserkabels messen, Sie messen die "Stoßimpedanz", oder charakteristische Impedanz. Aber wenn man lange genug wartet, bis die Energie zurückgespiegelt und empfangen wird, Die Impedanz ändert sich nach der Messung. Im Allgemeinen, Der Impedanzwert erreicht einen stabilen Grenzwert nach dem Auf- und Herunterprallen.

Für ein 3-Fuß langes optisches Kabel, Die Impedanzmessung muss innerhalb von drei Nanosekunden abgeschlossen werden. TDR (Time Domain Reflectometer) can do this, Es kann die dynamische Impedanz der Übertragungsleitung messen. Wenn Sie die Impedanz eines 3-Fuß-Glasfaserkabels innerhalb einer Sekunde messen, Das Signal wird millionenfach hin und her reflektiert, was zu unterschiedlichen "Stoßimpedanzen" führt.

Das obige ist eine Einführung in das charakteristische Impedanzproblem im Hochgeschwindigkeitsdesign. Ipcb wird auch für Leiterplattenhersteller and Leiterplattenherstellung Technologie.