Conception électronique - Reconnaître l'importance de la conception d'impédance lors de la mise en page de PCB

Qu'est - ce que l'impédance?

En électricité, la résistance au courant dans une carte de circuit imprimé est souvent appelée impédance. L'unité de l'impédance est l'Ohm, généralement noté Z, qui est un nombre complexe:

Z = R (ω I L - 1 / (c) ω)

En particulier, l'impédance peut être divisée en deux parties, la résistance (Partie réelle) et la réactance (Partie imaginaire).

La réactance comprend la tolérance et la sensibilité. L'obstruction de courant induite par la capacité est appelée inductance et l'obstruction de courant induite par l'inductance est appelée inductance.

Modèle idéal pour l'adaptation d'impédance

La plupart des ingénieurs RF ont rencontré des problèmes d'adaptation d'impédance. En termes profanes, l'adaptation d'impédance est destinée à assurer une transmission efficace du signal ou de l'énergie de la « source» à la « charge».

Bien sûr, le modèle zz idéal prévoit une impédance de sortie de 50 ohms à la source, une impédance de 50 Ω à la ligne de transmission et une impédance d'entrée de 50 ohms à la charge, ce qui est Z idéal.

Cependant, la réalité est que l'impédance de source ne sera pas de 50 ohms et l'impédance de charge ne sera pas de 50 ohms, ce qui nécessite plusieurs circuits d'adaptation d'impédance.

Le circuit d'adaptation est composé d'une inductance et d'une capacité, à ce stade, nous devons utiliser la capacité et l'inductance pour la mise en service du circuit d'adaptation d'impédance afin d'obtenir des performances RF optimales.

Méthode d'adaptation d'impédance

Il existe principalement deux méthodes d'adaptation d'impédance, l'une consiste à modifier la force d'impédance et l'autre à ajuster la ligne de transmission.

Modifier la force d'impédance est d'ajuster la valeur de l'impédance de la charge par la mise en série et en parallèle de la capacité, de l'inductance et de la charge pour qu'elle corresponde à l'impédance de la source et à l'impédance de la charge.

Le réglage de la ligne de transmission consiste à prolonger la distance entre l'alimentation et la charge, en ajustant la force d'impédance à zéro avec la capacité et l'inductance.

À ce stade, le signal ne sera pas émis et l'énergie peut être absorbée par la charge.

Dans le câblage PCB haute vitesse, l'impédance de câblage du signal numérique est généralement conçue pour être de 50 ohms. Il est généralement spécifié que la bande de base du câble coaxial est de 50 ohms, la bande de fréquence est de 75 ohms et la Paire torsadée (différentielle) est de 85 - 100 ohms.

Exemple d'adaptation d'impédance: ring

J'ai déjà eu des problèmes de sonnerie lors de la mesure de signaux électriques dans un projet.

Comme toute ligne de transmission a inévitablement une résistance de fil, une inductance de fil et une capacité parasite, les signaux impulsionnels standard sont sujets aux surtensions et aux phénomènes de sonnerie après avoir traversé une longue ligne de transmission. De nombreuses expériences ont montré que la résistance du fil peut réduire l'amplitude moyenne des impulsions. La présence de capacités parasites et d'inductances de plomb est la cause fondamentale de la montée et de la sonnerie. Avec le même temps de montée du front d'impulsion, plus l'inductance du fil est élevée, plus les phénomènes de surtension et de sonnerie sont graves. Plus la capacité parasite est grande, plus le temps de montée de la forme d'onde est long. L'amplitude de l'impulsion diminue à mesure que la résistance du fil augmente.

Si un changement d'impédance est ressenti pendant la transmission du signal, une réflexion du signal se produit. Ce signal peut être un signal provenant du pilote ou un signal réfléchi provenant de l'extrémité distale. Selon la formule du coefficient de réflexion, une réflexion négative se produit lorsque le signal ressent une impédance plus faible, et la tension négative réfléchie provoque le signal à produire un flux d'air inférieur. Ce signal est réfléchi plusieurs fois entre le pilote et la charge distante, ce qui crée un signal de sonnerie. La plupart des puces ont une faible impédance de sortie, et si l'impédance de sortie est inférieure à l'impédance caractéristique du câblage PCB, le signal sonnera inévitablement sans connexion de source de bout en bout.

Dans les circuits réels, les méthodes suivantes sont utilisées pour réduire et inhiber la course montante et la sonnerie.

(1) résistance série. Il est possible de réduire l'amplitude des impulsions en utilisant des lignes de transmission à forte résistance ou en connectant artificiellement des résistances d'amortissement appropriées, réduisant ainsi les surtensions et le degré de sonnerie. Cependant, lorsque la valeur de la résistance d'entrée est trop importante, non seulement l'amplitude de l'impulsion diminue trop, mais le front avant de l'impulsion est également retardé. Par conséquent, la valeur de la résistance d'amortissement de la série doit être appropriée, la résistance sans inductance doit être choisie et la position de connexion de la résistance doit être proche de l'extrémité de réception.

(2) Réduire l'inductance du fil. Minimiser l'inductance du fil est la méthode de base des lignes et des lignes de transmission, le principe général est:

Minimiser la longueur du fil

Largeur du fil épais et de la Feuille de cuivre imprimée

Réduire la distance de transmission du signal

Une plus grande attention doit être accordée à ces problèmes lors de l'utilisation d'éléments à faible inductance, en particulier lors de la transmission de signaux impulsionnels à fronts très raides.

(3) puisque l'inductance et la capacité équivalentes du circuit de charge affectent également l'extrémité d'émission, de sorte que la forme d'onde pulsée crée une surtension et une sonnerie, l'inductance et la capacité équivalentes du circuit de charge doivent être réduites au minimum. En particulier, lorsque la ligne de masse du circuit de charge est trop longue, l'inductance et la capacité parasite de la ligne de masse sont importantes et leurs effets ne peuvent être ignorés.

(4) la ligne de signal dans le circuit numérique Logique peut augmenter la résistance de traction et la charge à l'extrémité alternative, comme le montre la figure 6. La résistance de pull - up peut tirer le niveau logique haut du signal à 5V. L'accès au circuit de charge du côté alternatif n'affecte pas la capacité de pilotage de la branche et n'augmente pas la charge de la ligne de signal, tout en inhibant efficacement le phénomène de sonnerie à haute fréquence.

La sonnerie décrite ci - dessus est liée non seulement aux conditions du circuit, mais aussi au temps de montée du front d'impulsion. Même si les conditions du circuit sont les mêmes, les pics des pics augmentent considérablement lorsque le temps de montée du front d'impulsion est court. En général, pour les impulsions dont le temps de montée du Front est inférieur à 1, les possibilités de montée et de sonnerie sont prises en compte. Par conséquent, dans le choix de la fréquence du signal impulsionnel, il convient de considérer que les signaux pour lesquels il est possible de choisir une fréquence inférieure ne doivent pas sélectionner de signaux à haute fréquence, sous réserve que les exigences de vitesse du système soient satisfaites; Si ce n'est pas nécessaire, il ne faut pas trop exiger que le front avant de l'impulsion soit très raide. Cela élimine fondamentalement l'impact et les énormes avantages audiovisuels.

Application du diagramme circulaire de Smith à la mise en service de circuits d'adaptation RF

Les informations suivantes peuvent être reflétées dans le diagramme circulaire de Smith: le paramètre d'impédance Z, le paramètre d'admittance y, le facteur de qualité Q, le coefficient de réflexion, le coefficient d'onde stationnaire, le coefficient de bruit, le gain, le facteur de stabilité, la puissance, l'efficacité, les informations de fréquence et d'autres paramètres de résistance.

Au lieu d'un masque, nous regardons encore le diagramme circulaire d'impédance:

Le principe d'un diagramme circulaire d'impédance est d'utiliser une correspondance unique entre l'impédance d'entrée et le coefficient de réflexion de tension pour représenter l'impédance d'entrée normalisée dans le repère polaire du coefficient de réflexion, dont les caractéristiques sont résumées comme suit:

L'impédance du demi - cercle supérieur est sensible, l'impédance du demi - cercle inférieur est tolérante

L'axe réel est la résistance pure, l'unité de cercle est la résistance pure

Le demi - axe droit de l'axe réel est le point ventral de toutes les ondes de tension (à l'exception des points ouverts) et le demi - axe gauche est le point ventral de l'onde de tension (à l'exception des points de court - circuit).

Points correspondants (1,0), points ouverts (â, â) et points de court - circuit (0,0)

Deux cercles spéciaux: z le plus grand cercle est le cercle réactif pur, le cercle tangent à l'axe virtuel est le cercle correspondant

Il y a deux sens de rotation: rotation dans le sens antihoraire vers la charge et rotation dans le sens horaire vers la source d'onde

Le diagramme circulaire d'admittance et le diagramme circulaire d'impédance sont symétriques centralement l'un de l'autre. Le même Diagramme circulaire peut être utilisé comme Diagramme circulaire d'impédance ou comme Diagramme circulaire d'admittance, mais pas comme Diagramme circulaire d'admittance s'il est utilisé comme Diagramme circulaire d'impédance lors de chaque opération YC.

Le cercle de Smith montre quelques caractéristiques intéressantes:

Les inductances / condensateurs variables sont connectés en série ou en parallèle avant la charge, comme le montrent les quatre diagrammes à gauche de la figure ci - dessous, créant ainsi plusieurs courbes à droite du cercle de Smith.

En correspondance avec le cercle d'impédance de Smith et le cercle d'admittance, leurs trajectoires de mouvement sont les suivantes:

Pour le cercle d'impédance Smith, l'Inductance série tourne dans le sens horaire et le condensateur série tourne dans le sens antihoraire

Lors de l'utilisation du cercle d'admittance de Smith, l'inductance parallèle tourne dans le sens anti - horaire et la capacité parallèle tourne dans le sens horaire