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En los últimos años, en el campo del diseño de alta velocidad, un problema cada vez más importante es el diseño de placas de circuito con resistencia controlada y la resistencia característica de la interconexión en las placas de circuito. Sin embargo, también es un problema bastante caótico e intuitivo para los ingenieros de diseño no electrónicos. Incluso muchos ingenieros de diseño electrónico están confundidos al respecto.
Resistencia característica de la línea de transmisión
Desde el punto de vista de la batería, una vez que el ingeniero de diseño conecta el cable de la batería a la parte delantera de la línea de transmisión, siempre hay una salida de corriente constante en la batería y la señal de voltaje se mantiene estable. ¿Alguien puede preguntarse, ¿ qué tipo de componentes electrónicos se comportarán así? Al agregar una señal de voltaje constante, mantendrá un valor de corriente constante, por supuesto, esta es una resistencia.
Para las baterías, cuando la señal se propaga hacia adelante a lo largo de la línea de transmisión, el intervalo de tiempo de cada 10 ps aumentará el nuevo segmento de transmisión de 0,06 pulgadas para cargarse a 1 V. La nueva carga adicional obtenida de la batería garantiza la estabilidad de la batería. La corriente extrae una corriente constante de la batería, la línea de transmisión es equivalente a una resistencia, y la resistencia es constante. Lo llamamos la resistencia a las oleadas de la línea de transmisión.
Del mismo modo, cuando la señal se propaga hacia adelante a lo largo de la línea de transmisión, cada vez que se propaga una distancia específica, la señal detecta constantemente el entorno eléctrico de la línea de señal e intenta determinar la resistencia de la señal cuando la señal se propaga más hacia adelante. Una vez que la señal se añade a la línea de transmisión y se propaga a lo largo de la línea de transmisión, la propia señal ha estado revisando cuánta corriente se necesita para cargar la longitud de la línea de transmisión que se propaga a lo largo del intervalo de tiempo de 10 ps y cargar esta parte de la línea de transmisión a 1 V. Este es el valor de resistencia instantánea que queremos analizar.
Desde el punto de vista de la propia batería, si la señal se propaga a una velocidad constante en la dirección de la línea de transmisión y se supone que la línea de transmisión tiene una sección transversal uniforme, entonces cada vez que la señal se propaga a una longitud fija (por ejemplo, la distancia a la que la señal se propaga a un intervalo de tiempo de 10 ps, Entonces necesita obtener la misma cantidad de carga eléctrica de la batería para asegurarse de que esta parte de la línea de transmisión se carga al mismo voltaje de señal. Cada vez que la señal se propaga a una distancia fija, se obtiene la misma corriente de la batería y el voltaje de la señal se mantendrá consistente. Durante la propagación de la señal, la resistencia instantánea es la misma en todas partes de la línea de transmisión.
En el proceso de propagación de la señal a lo largo de la línea de transmisión, si la línea de transmisión tiene una velocidad de propagación de la señal consistente en todas partes y la capacidad por unidad de longitud es la misma, la señal siempre verá una resistencia instantánea completamente consistente durante la propagación. Debido a que la resistencia se mantiene sin cambios en toda la línea de transmisión, damos un nombre específico para representar esta característica o característica de una línea de transmisión específica, llamada resistencia característica de la línea de transmisión. La resistencia característica se refiere al valor de resistencia instantánea visto por la señal cuando se propaga a lo largo de la línea de transmisión. Si la resistencia característica vista por la señal se mantiene sin cambios cuando la señal se propaga a lo largo de la línea de transmisión, entonces esta línea de transmisión se llama línea de transmisión de Resistencia controlada.
La resistencia característica de la línea de transmisión es un factor muy importante en el diseño.
La resistencia instantánea o característica de la línea de transmisión es un factor muy importante que afecta la calidad de la señal. Si la resistencia entre los intervalos de propagación de las señales adyacentes se mantiene sin cambios durante la propagación de la señal, la señal puede propagarse hacia adelante muy suavemente y la situación se vuelve muy simple.
Para garantizar una mejor calidad de la señal, el objetivo del diseño de interconexión de señales es garantizar que la resistencia vista durante la transmisión de la señal se mantenga lo más constante posible. Esto se refiere principalmente a mantener la resistencia característica de la línea de transmisión constante. Por lo tanto, el diseño y la fabricación de placas de PCB con resistencia controlable se han vuelto cada vez más importantes. En cuanto a cualquier otra técnica de diseño, como minimizar la longitud de los dedos, emparejamiento de terminales, conexión de cadena de crisantemo o conexión de rama, etc., se trata de garantizar que la señal pueda ver una resistencia instantánea consistente.
Cálculo de la resistencia característica
A partir del modelo simple anterior, podemos deducir el valor de la resistencia característica, es decir, el valor de la resistencia instantánea que se ve durante la transmisión de la señal. La resistencia Z que la señal ve en cada intervalo de propagación coincide con la definición básica de la resistencia
Z = V / I
El voltaje V aquí se refiere al voltaje de la señal aplicado a la línea de transmisión, mientras que la corriente I se refiere a la carga total obtenida de la batería en cada intervalo de tiempo.
I = Isla Q / isla
La carga eléctrica que entra en la línea de transmisión (la carga finalmente proviene de la fuente de señal) se utiliza para cargar el capacitor C formado entre la línea de señal recién añadida durante la propagación de la señal y la ruta de retorno al voltaje v, por lo que
Isla q = Isla V C
Podemos asociar el capacitor causado por la propagación de la señal a una cierta distancia durante la propagación con el valor de capacitor CL por unidad de longitud de la línea de transmisión y la velocidad u por la que la señal se carga y transmite en la línea de transmisión. Al mismo tiempo, la distancia de propagación de la señal es la velocidad u multiplicada por el intervalo de tiempo. Así que
Isla C = Isla del Club
Combinando todas las ecuaciones anteriores, podemos obtener que la resistencia instantánea es:
Z = V / I = V / (isla Q / isla t) = v
Se puede ver que la resistencia instantánea está relacionada con el valor de la capacidad por unidad de longitud de la línea de transmisión y la velocidad de transmisión de la señal. Esto también puede definirse artificialmente como la resistencia característica de la línea de transmisión. Para distinguir la resistencia característica de la resistencia real z, se añade especialmente el subíndice 0 a la resistencia característica. La resistencia característica de la línea de transmisión de señal se ha obtenido de la derivación anterior:
Z0 = 1 / (clu)
Si el valor de la capacidad por unidad de longitud de la línea de transmisión y la velocidad a la que la señal se propaga en la línea de transmisión se mantienen constantes, la línea de transmisión tiene una resistencia característica constante dentro de su longitud. Esta línea de transmisión se llama línea de transmisión de Resistencia controlada.
A partir de la breve descripción anterior, se puede ver que algunos conocimientos intuitivos sobre condensadores se pueden asociar con el conocimiento intuitivo de la resistencia característica recién descubierta. En otras palabras, si el cableado de señal en el PCB se ensancha, el valor de la capacidad por unidad de longitud de la línea de transmisión aumentará y la resistencia característica de la línea de transmisión se puede reducir.
Temas interesantes
En cuanto a la resistencia característica de la línea de transmisión, a menudo se pueden escuchar algunas afirmaciones confusas. Según el análisis anterior, después de conectar la fuente de señal a la línea de transmisión, debe ser capaz de ver un valor de la resistencia característica de la línea de transmisión, como 50 islas. Sin embargo, si Conectas un ohmmeter al mismo cable rg58 de 3 pies de largo, la resistencia medida es infinita. La respuesta a esta pregunta es que el valor de resistencia visto desde la parte delantera de cualquier línea de transmisión cambiará con el tiempo. Si el tiempo de medición de la resistencia del cable es lo suficientemente corto como para compararse con el tiempo necesario para que la señal se transmita de ida y vuelta en el cable, se puede medir la resistencia de aumento del cable o la resistencia característica del cable. Sin embargo, si esperas el tiempo suficiente, una parte de la energía se reflejará y será detectada por el instrumento de medición. En este momento, se pueden detectar cambios en la resistencia. Por lo general, durante este proceso, la resistencia cambia de ida y vuelta hasta el valor de la resistencia. Alcanzar el Estado estable: si el extremo del cable está abierto, el valor final de resistencia es infinito, y si el extremo del cable está cortocircuito, el valor final de resistencia es cero.
Para los cables rg58 de 3 pies de largo, el proceso de medición de la resistencia debe completarse en un intervalo de tiempo inferior a 3 ns. Esto es lo que hará el reflector de dominio de tiempo (tdr). el TDR puede medir la resistencia dinámica de la línea de transmisión. Si se necesita un intervalo de tiempo de 1s para medir la resistencia de un cable rg58 de 3 pies de largo, la señal se ha reflejado millones de veces de ida y vuelta durante este intervalo de tiempo, entonces es posible que obtenga un valor de resistencia completamente diferente al gran cambio en la resistencia, y el resultado final es infinito, ya que Los terminales del cable están abiertos.
Lo anterior es una descripción del diseño del PCB de resistencia de control y la resistencia característica de interconexión.
