Tecnología de PCB - Impedancia característica de la tecnología PCB en el diseño de alta velocidad

In high-speed Diseño, Este Impedancia característica El tablero de impedancia controlable y el circuito es uno de los problemas más impOtantes y comunes.. En primer lugar, entender la definición de línea de transmisión: la línea de transmisión se compone de dos conductores de cierta longitud, Un cable para enviar una señal, and Este oEster is used to receive signals (remember Este concept of "loop" instead of "ground"). En multicapa, Cada línea es parte de una línea de transmisión, Los planos de referencia adyacentes pueden utilizarse como segunda línea o bucle. La clave para que la línea se convierta en una línea de transmisión de "alto rendimiento" es mantenerla Impedancia característica Mantener constante en toda la línea.

La clave para que una placa de circuito se convierta en una "placa de impedancia controlable" es hacer que la impedancia característica de todos los circuitos cumpla los valores especificados, generalmente entre 25 ohmios y 70 ohmios. La clave para un buen rendimiento de la línea de transmisión en circuitos multicapas es mantener la impedancia característica constante en toda la línea.

¿Pero qué es esto? Impedancia característica? La forma más fácil de entender Impedancia característica Es ver lo que sucede durante la transmisión de la señal. Cuando se mueve a lo largo de una línea de transmisión con la misma sección transversal, Esto es similar a la transmisión de microondas mostrada en la figura 1. Supongamos que se a ñade un voltio a la línea de transmisión. Por ejemplo:, a 1 volt battery is connected to Este front end of the transmission line (it is located between the transmission line and the loop). Una vez conectado, La señal de onda de tensión se propaga a lo largo de la línea a la velocidad de la luz. Difusión, Normalmente tiene una velocidad de aproximadamente 6 pulgadas./Nanosegundos. Por supuesto., La señal es en realidad la diferencia de tensión entre la línea de transmisión y el bucle, Y puede medirse desde cualquier punto de la línea de transmisión y puntos adyacentes del bucle. Higos. 2 es el diagrama esquemático de la transmisión de la señal de tensión.

El enfoque de Zen es primero "generar una señal" y luego viajar a lo largo de la línea de transmisión a una velocidad de 6 pulgadas por nanosegundo. El primer 0,01 nanosegundo avanza 0,06 pulgadas. En este punto, la línea de transmisión tiene una carga positiva excesiva y el bucle tiene una carga negativa excesiva. Es la diferencia entre las dos cargas que mantiene la diferencia de tensión de 1 voltio entre los dos conductores. Y los dos conductores forman condensadores.

En los próximos 0,01 nanosegundos, para ajustar el voltaje de la línea de transmisión de 0,06 pulgadas de 0 a 1 voltio, se debe a ñadir una carga positiva a la línea de transmisión y una carga negativa a la línea receptora. Por cada movimiento de 0,06 pulgadas, se debe a ñadir más carga positiva a la línea de transmisión y más carga negativa al bucle. Cada 0,01 nanosegundos, otra parte de la línea de transmisión debe cargarse y la señal comienza a propagarse a lo largo de esa parte. La carga proviene de la batería en la parte delantera de la línea de transmisión. A medida que se mueve a lo largo de la línea, carga partes continuas de la línea de transmisión, creando así una diferencia de tensión de 1 voltio entre la línea de transmisión y el bucle. Con cada avance de 0,01 nanosegundos, se obtiene una carga (β ± q) de la batería, y la cantidad constante de electricidad (β ± q) que sale de la batería dentro de un intervalo de tiempo constante (β ± t) es una corriente constante. La corriente negativa en el bucle de entrada es prácticamente la misma que la corriente positiva en el bucle de salida y está en el extremo delantero de la onda de señal. La corriente alterna pasa a través de condensadores formados por líneas superiores e inferiores para terminar el ciclo.

Impedancia de línea

En el caso de las baterías, cuando la señal se propaga a lo largo de la línea de transmisión, los segmentos sucesivos de la línea de transmisión de 0,06 pulgadas se cargan cada 0,01 nanosegundos. Cuando se obtiene una corriente constante de la fuente de alimentación, la línea de transmisión parece un dispositivo de impedancia con un valor de impedancia constante, que se puede llamar "Impedancia de Sobretensión" de la línea de transmisión.

¿Del mismo modo, cuando la señal se propaga a lo largo de la línea, qué corriente puede aumentar el voltaje de este paso a 1 voltio antes del siguiente paso en 0,01 nanosegundos? Esto implica el concepto de impedancia instantánea.

Desde el punto de vista de la batería, si la señal se propaga a lo largo de la línea de transmisión a una velocidad constante y la línea de transmisión tiene la misma sección transversal, cada paso en 0,01 nanosegundos requiere la misma cantidad de carga para producir el mismo voltaje de la señal. A lo largo de esta línea, producirá la misma impedancia instantánea, que se considera una característica de la línea de transmisión, llamada impedancia característica. Si la impedancia característica de la señal es la misma en cada paso del proceso de transmisión, la línea de transmisión puede considerarse una línea de transmisión de impedancia controlable.

La impedancia instantánea o característica es muy importante para la calidad de la transmisión de la señal. En el proceso de transmisión, si la impedancia del siguiente paso es igual a la resistencia del siguiente paso, entonces el trabajo puede proceder sin problemas, pero si la impedancia cambia, habrá algunos problemas.

Con el fin de lograr la mejor calidad de la señal, el objetivo de diseño de la conexión interna es mantener la impedancia estable en la medida de lo posible durante la transmisión de la señal. En primer lugar, la impedancia característica de la línea de transmisión debe mantenerse estable. Por lo tanto, la producción de placas de impedancia controlable es cada vez más importante. Además, se utilizan otros métodos, como la longitud mínima restante del cable, la eliminación final y el uso de todo el cable, para mantener la estabilidad de la impedancia instantánea en la transmisión de la señal.

Cálculo de la impedancia característica

Modelo de impedancia característica simple: z = V / I, Z representa la Impedancia de cada paso en el proceso de transmisión de la señal, V representa el voltaje cuando la señal entra en la línea de transmisión, i Representa la corriente. I = ± Q / T, q es eléctrico, t es el tiempo de cada paso.

Electricidad (de la batería): ± q = ± c * V, C para Capacitancia, V para tensión. La Capacitancia se puede obtener a partir de la Capacitancia CL por unidad de longitud de la línea de transmisión y la velocidad de transmisión de la señal v. El valor de la longitud de la unidad pin se considera la velocidad, luego se multiplica por el tiempo t requerido para cada paso, y luego se obtiene la fórmula:? ± C = CL * V * (β ± t). En combinación con lo anterior, podemos obtener la impedancia característica: z = V / I = V / (β ± Q / β ± t) = V / (α ± c * V / β ± t) = V / (CL * V * (β ± t) = 1 / (CL * v)

Se puede ver que la impedancia característica está relacionada con la capacidad de longitud unitaria de la línea de transmisión y la velocidad de transmisión de la señal. Para distinguir la impedancia característica de la impedancia real Z, añadimos 0 después de Z. La impedancia característica de la línea de transmisión es: z0 = 1 / (CL * v).

Si la capacidad de la línea de transmisión por unidad de longitud y la velocidad de transmisión de la señal se mantienen constantes, la impedancia característica de la línea de transmisión también se mantiene constante. Esta simple explicación puede vincular el sentido común de la Capacitancia con la teoría recientemente descubierta de la impedancia característica. Si se aumenta la capacidad de una línea de transmisión por unidad de longitud, como una línea de transmisión engrosada, se puede reducir la impedancia característica de la línea de transmisión.

Medición Impedancia característica

Cuando la batería está conectada a la línea de transmisión (suponiendo una Impedancia de 50 ohmios en ese momento), conecte el ohmmeter al cable rg58 de 3 pies de largo. ¿Cómo se mide la impedancia infinita? La Impedancia de cualquier línea de transmisión está relacionada con el tiempo. Si mide la Impedancia de un cable de fibra óptica en menos tiempo de reflexión que el cable de fibra óptica, está midiendo la Impedancia de "Sobretensión" o la impedancia característica. Sin embargo, si usted espera lo suficiente para que la energía sea reflejada y recibida, usted puede encontrar que la impedancia cambia después de la medición. En general, el valor de impedancia rebota hacia arriba y hacia abajo y alcanza un valor límite estable.

Para cables de fibra óptica de 3 pies de largo, la medición de impedancia debe realizarse en 3 nanosegundos. TDR (reflectómetro de dominio de tiempo) puede hacer esto, puede medir la impedancia dinámica de la línea de transmisión. Si la Impedancia de un cable de fibra óptica de 3 pies se mide en un segundo, la señal se reflejará millones de veces, produciendo así una Impedancia de "oleada" diferente.