PCB Tecnico - Come analizzare l'impedenza e la perdita di PCB

L'impedenza e la perdita di PCB sono molto importanti per la trasmissione di segnali ad alta velocità e sono anche la chiave per la garanzia della qualità delle fabbriche di PCB. Al fine di analizzare un canale di trasmissione così complicato, possiamo studiare il suo impatto sul segnale attraverso la risposta d'impulso del canale di trasmissione.

La risposta d'impulso del circuito può essere ottenuta trasmettendo un impulso stretto. L'impulso stretto ideale dovrebbe essere un impulso stretto con larghezza infinitamente stretta e ampiezza molto elevata. Quando questo impulso stretto è propagato lungo la linea di trasmissione, l'impulso sarà espanso. La forma dell'impulso espanso è correlata alla risposta della linea. Matematicamente parlando, possiamo convocare la risposta d'impulso del canale con il segnale in ingresso per ottenere la forma d'onda del segnale dopo la trasmissione attraverso il canale. La risposta d'impulso può essere ottenuta anche dalla risposta passo del canale. Poiché il differenziale della risposta passo è la risposta impulso, i due sono equivalenti.

Sembra che abbiamo trovato un modo per risolvere il problema, ma in situazioni reali, idealmente impulsi stretti o segnali di passo infinitamente ripidi non esistono. Non solo sono difficili da generare, ma la precisione non è facile da controllare, quindi di più nei test reali. Il terreno è quello di utilizzare un'onda sinusoidale per testare per ottenere la risposta del dominio di frequenza e per ottenere la risposta del dominio di tempo attraverso il corrispondente software del sistema di test a livello fisico. Rispetto ad altri segnali, le onde sinusoidali sono più facili da generare e la sua frequenza e precisione di ampiezza sono più facili da controllare. L'analizzatore di rete vettoriale (VNA) può misurare con precisione le caratteristiche di riflessione e trasmissione del canale di trasmissione a frequenze diverse attraverso uno sweep sinusoidale nella gamma di frequenze fino a decine di GHz. La gamma dinamica è più di 100dB, quindi ad alta velocità moderna Quando si analizza il canale di trasmissione, un analizzatore di rete vettoriale viene utilizzato principalmente per la misurazione.

Le caratteristiche di riflessione e trasmissione del sistema sottoposto a prova per le onde sinusoidali di frequenze diverse possono essere espresse dai parametri S. I parametri S descrivono le caratteristiche di trasmissione e riflessione delle onde sinusoidali di frequenze diverse. Se riusciamo ad ottenere le caratteristiche di riflessione e trasmissione del canale di trasmissione per onde sinusoidali di frequenze diverse, teoricamente possiamo prevedere l'impatto del segnale digitale reale dopo il passaggio attraverso questo canale di trasmissione, perché il segnale digitale reale può essere considerato causato dal dominio di frequenza. È composto da molte onde sinusoidali di frequenze diverse.

Per una linea di trasmissione monoterminale, contiene 4 parametri S: S11, S22, S21, S12. S11 e S22 riflettono le caratteristiche di riflessione delle onde sinusoidali di frequenze diverse rispettivamente dalla porta 1 e dalla porta 2, S21 riflette le caratteristiche di trasmissione delle onde sinusoidali di frequenze diverse dalla porta 1 alla porta 2 e S12 riflette dalla porta 2 alla porta 1. Le caratteristiche di trasmissione delle onde sinusoidali di frequenze diverse. Per le linee di trasmissione differenziale, dato che ci sono 4 porte in totale, i parametri S sono più complicati, con un totale di 16 porte. In circostanze normali, un analizzatore di rete vettoriale con 4 o più porte viene utilizzato per misurare la linea di trasmissione differenziale per ottenere i suoi parametri S.

Se si ottengono i 16 parametri S della linea differenziale testata, sono state ottenute molte caratteristiche importanti della linea differenziale. Ad esempio, il parametro SDD21 riflette la caratteristica di perdita di inserzione della linea differenziale e il parametro SDD11 riflette la sua caratteristica di perdita di ritorno.

Possiamo inoltre ottenere maggiori informazioni facendo trasformazione inversa FFT su questi parametri S. Ad esempio, la forma d'onda di riflessione del dominio temporale (TDR: Time Domain Reflection) viene ottenuta trasformando i parametri SDD11. La forma d'onda di riflessione del dominio temporale può riflettere il cambiamento di impedenza della linea di trasmissione misurata. Possiamo anche eseguire la trasformazione inversa FFT sul risultato SDD21 della linea di trasmissione per ottenere la sua risposta d'impulso, predicendo così la forma d'onda o il diagramma oculare dei segnali digitali con velocità di dati differenti dopo il passaggio attraverso la coppia di linee differenziali. Si tratta di informazioni molto utili per i progettisti digitali.

Si può vedere che l'analizzatore di rete vettoriale (VNA) è utilizzato per misurare il canale di trasmissione dei segnali digitali. Da un lato, attinge ai metodi di analisi di radiofrequenza e microonde e può ottenere caratteristiche del canale di trasmissione molto accurate nell'intervallo di frequenza di decine di GHz; d'altra parte, da un lato, eseguendo alcune semplici trasformazioni del dominio temporale sui risultati di misura, possiamo analizzare i cambiamenti di impedenza sul canale, l'impatto sulla trasmissione del segnale reale, ecc., in modo da aiutare gli ingegneri digitali nella fase iniziale a determinare il backplane, il cavo, la qualità dei connettori, schede PCB, ecc., senza dover aspettare che il segnale finale abbia un problema prima di affrettarsi ad affrontarlo.