Leiterplattentechnisch - Definition der Leiterplattenimpedanz

1. Impedanzmerkmale der Leiterplatte:

Gemäß der Signalübertragungstheorie ist das Signal eine Funktion von Zeit- und Entfernungsvariablen, so dass sich jeder Teil des Signals auf der Verbindung ändern kann. Bestimmen Sie daher die Wechselstromimpedanz der Verbindung, das heißt das Verhältnis der Spannungsänderung zur Stromänderung als charakteristische Impedanz der Übertragungsleitung (charakteristische Impedanz): Die charakteristische Impedanz der Übertragungsleitung bezieht sich nur auf die Eigenschaften der Signalverbindung selbst. In der eigentlichen Schaltung ist der Widerstandswert des Drahtes selbst kleiner als die verteilte Impedanz des Systems. In Hochfrequenzschaltungen hängt die charakteristische Impedanz hauptsächlich von der verteilten Impedanz ab, die durch die Einheit verteilte Kapazität und die Einheit verteilte Induktivität der Verbindung gebracht wird. Die charakteristische Impedanz einer idealen Übertragungsleitung hängt nur von der verteilten Kapazität der Einheit und der verteilten Induktivität der Verbindung ab.

2. Berechnung der charakteristischen Impedanz der Leiterplatte:

Das proportionale Verhältnis zwischen der steigenden Randzeit des Signals und der Zeit, die für die Übertragung des Signals an das Empfangsende erforderlich ist, bestimmt, ob die Signalverbindung als Übertragungsleitung angesehen wird. Die spezifische proportionale Beziehung kann durch folgende Formel erklärt werden: Wenn die Länge der Drahtverbindung auf der Leiterplatte größer als l/b ist, kann der Verbindungsdraht zwischen den Signalen als Übertragungsleitung angesehen werden. Von der Formel für die Berechnung der Signaläquivalent-Impedanz kann die Impedanz der Übertragungsleitung durch die folgende Formel ausgedrückt werden: Im Falle der Hochfrequenz (Dutzende von Megahertz zu Hunderten von Megahertz), erfüllt sie wL>>R (natürlich im Bereich der Signalfrequenz größer als 109Hz, dann Betrachtet man den Hauteffekt des Signals, muss diese Beziehung sorgfältig studiert werden). Dann ist für eine bestimmte Übertragungsleitung ihre charakteristische Impedanz eine Konstante. Das Phänomen der Signalreflexion wird durch die Inkonsistenz der charakteristischen Impedanz des treibenden Endes des Signals und der Übertragungsleitung und der Impedanz des empfangenden Endes verursacht. Für CMOS-Schaltungen ist die Ausgangsimpedanz des Signaltreibenden Endes relativ klein, Dutzende von Ohms. Die Eingangsimpedanz des Empfangsenden ist relativ groß.

3. Die charakteristische Impedanzsteuerung der Leiterplatte:

Die charakteristische Impedanz der Drähte auf der Leiterplatte ist ein wichtiger Indikator für das Schaltungsdesign. Insbesondere beim PCB-Design von Hochfrequenzschaltungen ist es notwendig zu berücksichtigen, ob die charakteristische Impedanz des Drahtes mit der charakteristischen Impedanz übereinstimmt, die vom Gerät oder Signal benötigt wird, und ob sie übereinstimmt. Daher gibt es zwei Konzepte, die beim Zuverlässigkeitsdesign des PCB-Designs beachtet werden müssen.

4. Impedanzsteuerung der Leiterplatte:

Es gibt verschiedene Signalübertragungen in den Leitern in der Leiterplatte. Wenn es notwendig ist, seine Frequenz zu erhöhen, um seine Übertragungsrate zu erhöhen, wenn die Schaltung selbst aufgrund von Faktoren wie Ätzen, Stapeldicke, Drahtbreite usw. unterschiedlich ist, ändert sich der Impedanzwert, wodurch er verzerrt wird. Daher sollte der Impedanzwert des Leiters auf der Hochgeschwindigkeits-Leiterplatte innerhalb eines bestimmten Bereichs gesteuert werden, der "Impedanzsteuerung" genannt wird. Die Hauptfaktoren, die die Impedanz von Leiterplatten-Leiterbahnen beeinflussen, sind die Breite des Kupferdrahts, die Dicke des Kupferdrahts, die Dielektrizitätskonstante des Mediums, die Dicke des Mediums, die Dicke des Pads, der Weg des Massedrahts und die Verdrahtung um den Draht. Daher muss beim Entwurf der Leiterplatte die Impedanz der Leiterbahnen auf der Leiterplatte kontrolliert werden, um Signalreflexion und andere elektromagnetische Störungen und Signalintegritätsprobleme so weit wie möglich zu vermeiden und die Stabilität der tatsächlichen Verwendung der Leiterplatte sicherzustellen. Das Berechnungsverfahren der Impedanz der Mikrostreifenleitung und Streifenleitung auf der Leiterplatte kann sich auf die entsprechende empirische Formel beziehen.

5. Impedanz Matching der Leiterplatte:

In der Leiterplatte, wenn es Signalübertragung gibt, wird gehofft, dass vom sendenden Ende der Stromquelle es unter der Bedingung des minimalen Energieverlusts glatt an das empfangende Ende übertragen werden kann, und das empfangende Ende absorbiert es vollständig ohne jede Reflexion. Um diese Art der Übertragung zu erreichen, muss die Impedanz in der Leitung gleich der internen Impedanz des Senders sein, der "Impedanzanpassung" genannt wird. Beim Entwurf von Hochgeschwindigkeits-Leiterplattenschaltungen ist die Impedanzanpassung eines der Designelemente. Der Impedanzwert steht in absoluter Beziehung zum Verdrahtungsverfahren.

Zum Beispiel, ob auf der Oberflächenschicht (Microstrip) oder der inneren Schicht (Stripline/Double Stripline) gelaufen wird, beeinflusst der Abstand von der Referenzleistungsschicht oder Bodenschicht, Spurbreite, Leiterplattenmaterial usw. den charakteristischen Impedanzwert der Spur. Mit anderen Worten, der Impedanzwert kann nur nach der Verdrahtung bestimmt werden, und die charakteristischen Impedanzen, die von verschiedenen Leiterplattenherstellern produziert werden, sind auch geringfügig unterschiedlich. Generell kann Simulationssoftware einige Verdrahtungsbedingungen mit diskontinuierlicher Impedanz aufgrund der Begrenzung des Schaltungsmodells oder des verwendeten mathematischen Algorithmus nicht berücksichtigen. Zu diesem Zeitpunkt können nur einige Abschlüsse (Temninatoren), wie Reihenwiderstand, auf dem Schaltplan reserviert werden. Verringern Sie den Effekt der Unterbrechung der Spurimpedanz. Die wirkliche Lösung des Problems besteht darin, Impedanzunterbrechungen bei der Verdrahtung zu vermeiden.