Leiterplattentechnisch - Über Impedanzanpassung von High-Speed PCB Design

Über die Impedanzanpassung von High-Speed PCB-Design
Impedanz Matching bedeutet, dass während der Energieübertragung, Die Lastimpedanz muss der charakteristischen Impedanz der Übertragungsleitung entsprechen. Zur Zeit, die Übertragung erzeugt keine Reflexion, das bedeutet, dass die gesamte Energie von der Last absorbiert wird. Im Gegenteil, Energieverlust bei der Übertragung. Im Hochgeschwindigkeitsbereich PCB-Design, Die Impedanzanpassung hängt von der Qualität des Signals ab.

Wann tun PCB Leiterbahnen müssen Impedanz angepasst werden?

Der Schlüssel ist nicht, auf die Frequenz zu schauen, sondern auf die Steilheit der Signalkante zu schauen, das heißt, die Steig-/Fallzeit des Signals. Es wird allgemein angenommen, dass, wenn die Steig-/Fallzeit des Signals (berechnet durch 10% bis 90%) kleiner als das 6-fache der Drahtverzögerung ist, es eine hohe Geschwindigkeit ist. Signal, muss auf das Problem der Impedanzanpassung achten. Die Drahtverzögerung beträgt im Allgemeinen 150ps/inch.

Charakteristische Impedanz

Wenn während des Prozesses der Signalausbreitung entlang der Übertragungsleitung eine konstante Signalausbreitungsgeschwindigkeit überall auf der Übertragungsleitung vorhanden ist und die Kapazität pro Einheitslänge ebenfalls gleich ist, dann wird das Signal während des Ausbreitungsprozesses immer eine völlig konsistente momentane Impedanz sehen. Da die Impedanz auf der gesamten Übertragungsleitung konstant bleibt, geben wir einen bestimmten Namen, um diese Eigenschaft oder Eigenschaft einer bestimmten Übertragungsleitung darzustellen, die die charakteristische Impedanz der Übertragungsleitung genannt wird. Die charakteristische Impedanz bezieht sich auf den momentanen Impedanzwert, der vom Signal gesehen wird, wenn sich das Signal entlang der Übertragungsleitung ausbreitet. Die charakteristische Impedanz hängt mit Faktoren wie der Schicht des Leiterplattenleiters, dem von der Leiterplatte verwendeten Material (dielektrische Konstante), der Breite der Leiterbahn und dem Abstand zwischen dem Leiter und der Ebene zusammen und hat nichts mit der Länge der Leiterbahn zu tun. Die charakteristische Impedanz kann mittels Software berechnet werden. Bei der Hochgeschwindigkeits-Leiterplattenverdrahtung ist die Leiterbahnimpedanz des digitalen Signals im Allgemeinen so ausgelegt, dass es 50 Ohms ist, was eine ungefähre Zahl ist.Es wird im Allgemeinen festgelegt, dass das Koaxialkabel-Basisband 50 Ohms ist, das Frequenzband 75 Ohms und der gekoppelte Draht (Differenzial) 100 Ohms ist.

Gemeinsame Wege der Impedanzanpassung

1. Anpassung der Reihenklemmen

Unter der Bedingung, dass die Signalquellenendimpedanz niedriger als die charakteristische Impedanz der Übertragungsleitung ist, wird ein Widerstand R in Reihe zwischen dem Quellende des Signals und der Übertragungsleitung geschaltet, um die Ausgangsimpedanz des Quellenden mit der charakteristischen Impedanz der Übertragungsleitung zu übereinstimmen und das vom Lastende reflektierte Signal zu unterdrücken. Die Reflexion trat wieder auf.

Entsprechendes Widerstandswahlprinzip: Die Summe des übereinstimmenden Widerstandswerts und der Ausgangsimpedanz des Treibers ist gleich der charakteristischen Impedanz der Übertragungsleitung. Die Ausgangsimpedanz gängiger CMOS- und TTL-Treiber variiert mit dem Pegel des Signals. Daher ist es für TTL- oder CMOS-Schaltungen unmöglich, einen sehr korrekten Matching-Widerstand zu haben, und nur ein Kompromiss kann in Betracht gezogen werden. Das Kettentopologiesignalnetz eignet sich nicht für Reihenklemmen-Abgleich, und alle Lasten müssen an das Ende der Übertragungsleitung angeschlossen werden.

Serienabgleich ist die am häufigsten verwendete Anschlussabgleichmethode. Es hat den Vorteil des niedrigen Stromverbrauchs, keine zusätzliche DC-Last für den Treiber, keine zusätzliche Impedanz zwischen Signal und Masse und nur ein Widerstandselement ist erforderlich. Häufige Anwendungen: Impedanzanpassung von allgemeinen CMOS- und TTL-Schaltungen. Auch das USB-Signal wird auf diese Weise zur Impedanzanpassung abgetastet.

2. Paralleler Anschluss

Wenn die Impedanz der Signalquelle sehr klein ist, wird die Eingangsimpedanz der Last durch Erhöhung des Parallelwiderstands mit der charakteristischen Impedanz der Übertragungsleitung abgestimmt, um die Reflexion der Last zu beseitigen. Die Realisierungsform ist in zwei Formen von Einzelwiderstand und Doppelwiderstand unterteilt.

Entsprechendes Widerstandsauswahlprinzip: Wenn die Eingangsimpedanz des Chips sehr hoch ist, muss für die Einzelwiderstandsform der parallele Widerstandswert der Last nahe oder gleich der charakteristischen Impedanz der Übertragungsleitung sein; Für die Zweiwiderstandsform ist jeder parallele Widerstandswert doppelt die charakteristische Impedanz der Übertragungsleitung.

Der Vorteil der parallelen Klemmenabgleich ist einfach und einfach, Aber der offensichtliche Nachteil ist, dass es Gleichstrom-Stromverbrauch bringt: Der Gleichstrom-Stromverbrauch der Einzelwiderstandsmethode ist eng mit dem Arbeitszyklus des Signals verbunden; Die Doppelwiderstandsmethode spielt keine Rolle, ob das Signal hoch oder niedrig ist Alle haben Gleichstromverbrauch, aber der Strom ist halb weniger als die Einzelwiderstandsmethode.
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