Conception électronique - Tutoriel pour réduire l'atténuation du signal dans les PCB haute vitesse

Lorsque le signal est transmis de la source à la charge via le conducteur PCB, il est atténué en raison de la perte d'énergie causée par la résistance de la trace et les pertes diélectriques.

L'atténuation du signal est le terme le plus courant lorsqu'un signal à grande vitesse se propage sur une carte. C'est l'un des principaux facteurs qui contribuent à la dégradation du signal et aux problèmes d'intégrité du signal.

Qu'est - ce que l'atténuation du signal?

L'atténuation du signal est une mesure de la diminution de l'intensité (amplitude et intensité) d'un signal lorsqu'il se propage dans un milieu de transmission. C'est une propriété importante dans les applications de télécommunications, car elle calcule la force du signal en fonction de la distance.

Lorsque le récepteur est décodé et que les informations fournies par l'émetteur restent inchangées, une transmission de signal sans perte peut être réalisée. Un niveau de seuil suffisant doit être atteint pour extraire les informations correctes du signal.

Comment calculer l'atténuation du signal?

L'atténuation du signal est estimée en décibels (DB) par unité de longueur du milieu de transmission. Il peut être calculé à partir de la puissance (A p) et de la tension (A v).

Pour éviter les risques d'atténuation, l'émetteur émet plusieurs signaux pour s'assurer qu'au moins un signal arrive à sa destination finale, le récepteur. Cependant, cette approche réduira la vitesse globale du réseau en raison de la nécessité d'envoyer ces signaux supplémentaires.

P s est la puissance du signal à la source

P D est la puissance du signal à la charge

Vs est la tension du signal à l'alimentation

VD est la tension du signal à la charge

Plus l'atténuation est faible, plus l'efficacité du support de transmission est élevée. Une atténuation plus élevée signifie plus de pertes de signal et moins d'amplitude à la réception.

Coefficient d'atténuation ou coefficient d'atténuation

Le facteur d'atténuation détermine la distance que le signal peut parcourir et fournit toujours suffisamment de bits de données ou d'informations. Il quantifie les différents supports de transmission en fonction de la façon dont l'amplitude du signal transmis diminue avec la fréquence. Elle est donnée par la formule suivante:

AF = P sortie / P entrée

Le coefficient d'atténuation du signal dépend:

Longueur du support de transmission

Matériel de média de transmission

Conditions physiques

Atténuation du signal dans la ligne de transmission

Dans une ligne de transmission, les pertes atténuées sont une combinaison de deux types de pertes: les pertes de conducteurs et les pertes de médias. Les pertes de conducteurs sont dues à une conductivité imparfaite et à une résistance de trace, tandis que les pertes diélectriques sont dues au matériau diélectrique.

Le coefficient d'atténuation du signal d'une ligne de transmission de longueur "l" est donné par:

En DB, l'atténuation du signal est exprimée par:

Elle peut également être exprimée en dB de pertes par unité de longueur, soit:

Remarque: ignorez le signe moins en gardant à l'esprit qu'il s'agit d'une perte en dB.

La formule ci - dessus, qui représente les pertes totales d'insertion par unité de longueur de la ligne de transmission, peut s'écrire:

R / Z 0 est une composante de perte proportionnelle à la résistance R du fil par unité de longueur, appelée perte du conducteur. Elle est représentée par un îlot. La composante GZ 0 est proportionnelle à la conductivité du matériau diélectrique G, appelée pertes diélectriques. Représentée par une île.

Les pertes diélectriques sont négligeables par rapport aux pertes des conducteurs. Jusqu'à 20 GHz, la tangente de l'angle de perte associée au matériau PCB (c'est - à - dire fr4) ne change pas de manière significative. C'est la raison principale pour laquelle les courbes de pertes diélectriques sont presque cohérentes avec la fréquence. La distance entre l'émetteur et le récepteur dans une carte PCB est généralement inférieure à 1 mètre. On peut donc supposer que les pertes diélectriques restent constantes sur toute la gamme de fréquences. En tant que somme des pertes par conduction et des pertes diélectriques, les pertes totales sont dominées par les pertes par conduction.

La tangente de perte du matériau fr4 utilisé dans la conception de la carte est d'environ 0003.