PCBニュース - 高速設計における特性インピーダンス問題

高速設計において、制御可能なインピーダンスボードおよび回路の特性インピーダンスは、多くの中国の技術者を悩ます。簡単で直感的な方法で特性インピーダンスの基本特性，計算および測定法を紹介した。

高速設計では，制御可能なインピーダンス板と線路の特性インピーダンスが最も重要で共通の問題の一つである。最初に伝送線の定義を理解してください：伝送線は特定の長さで2本の導体から成ります、1つの導体は信号を送るのに用いられます、そして、もう一つは信号を受け取るのに用いられます（「地面」の代わりに「ループ」の概念を覚えていてください）。多層基板では、各ラインは伝送ラインの構成要素であり、隣接する基準面は第2のライン又はループとして使用することができる。「良いパフォーマンス」伝送線になる線の鍵は、その特性インピーダンスをライン全体に一定に保つことである。

回路基板に対するキーは、すべての回路の特性インピーダンスを所定の値に合致させることである, 通常、25オームと70オームの間で. イン 多層PCB回路基板, 良好な伝送線路性能のためのキーは、その特性インピーダンスを.

しかし、特性インピーダンスは何ですか? 特性インピーダンスを理解する最も簡単な方法は、送信中に信号がどのように遭遇するかを調べることである. 同じ断面を持つ送電線に沿って動くとき, これは、図1に示すマイクロ波送信と類似している. この伝送線路に1ボルトの電圧ステップ波を加えたとする. 例えば, a 1 volt battery is connected to the front end of the transmission line (it is located between the transmission line and the loop). 接続, 電圧波信号は光の速度で線に沿って進む. 伝播, その速度は通常約6インチです/ナノ秒. もちろん, この信号は、実際には伝送線路とループとの間の電圧差である, そして、それは、伝送線路の任意の点およびループの隣接する点から測定することができる. イチジク. 図2は、電圧信号の伝送の概略図である.

Zenの方法は、最初に「信号を生成します」、そして、それから、ナノ秒. 最初の0.01ナノ秒進歩0.06インチ. この時に, 送信ラインに余分な正電荷がある, そして、ループは過剰な負電荷を有する. これは、2つの導体間の1ボルトの電圧差を維持するこれらの2種類の電荷の違いです. そして、これらの2つの導体は、コンデンサを形成する.

次の0.01ナノ秒, 0の電圧を調節する.0から1ボルトまでの06インチの伝送線, 伝送線路にいくつかの正電荷を追加する必要があり、また受信線に負電荷を加える必要がある. 0ごとに.動きの06インチ, より多くの正電荷を送電線に追加しなければならない, さらに負の電荷をループに加える必要がある. あらゆる0.01ナノ秒, 送電線のもう一つのセクションは充電されなければなりません, そして、このセクションに沿って信号が伝播し始める. 充電は送電線の先端の電池から来る. この線に沿って動くとき, 伝送線路の連続部分を充電する, 従って、伝送線路とループとの間に1ボルトの電圧差を形成する. 毎度0.01ナノ秒進歩, some charge (±Q) is obtained from the battery, and the constant power (±Q) flowing out of the battery in a constant time interval (積算値) is a constant current. ループに流れる負の電流は、実際に流れる電流と同じである, そして、それはちょうど信号波のフロントエンドにあります. AC電流は、上側および下側のラインによって形成されたキャパシタを通過し、サイクル全体を終了する. プロセスを図3に示す.

Line impedance

For batteries, 信号が伝送線路に沿って伝搬するとき, 連続0.06インチの伝送線セグメントは、0ごとに課金されます.01ナノ秒. 電源から一定の電流が得られると, 伝送線路はインピーダンスのように見える, そして、そのインピーダンス値は一定である, 伝送線路の「サージインピーダンス」と呼ぶことができる.

同様に, 信号が線に沿って伝播するとき, 次のステップの前に, 0以内.01ナノ秒, 電流は、このステップの電圧を1ボルトまで増加させることができる? これは瞬時インピーダンスの概念を含んでいる.

電池の観点から, 信号が安定した速度で伝送線路に沿って伝搬するなら, そして、伝送線は同じ断面を有する, 0の各ステップに対して同じ量の電荷が必要である.同じ信号電圧を生成する01ナノ秒. この線に沿って行くとき, それは同じ瞬間インピーダンスを生成します, 伝送線路の特性として特性インピーダンスと呼ばれる. 伝送プロセスの各ステップでの信号の特性インピーダンスが同じ場合, 次に、伝送線路は、制御可能なインピーダンス伝送線路とみなすことができる.

瞬時インピーダンスまたは特性インピーダンスは信号伝送の質に非常に重要である. 転送過程中, 次のステップのインピーダンスが前のステップのインピーダンスに等しい場合, 仕事は順調に進む, しかし、インピーダンスが変化するなら, いくつかの問題が発生する.

最高の信号品質を達成するために, 内部接続の設計目標は、信号伝送プロセス中にインピーダンスをできるだけ安定させることである. ファースト, 伝送線路の特性インピーダンスは安定しなければならない. したがって, 制御可能なインピーダンスボードの生産はますます重要になる. 加えて, 最短残り線長などの他の方法, 信号伝送における瞬時インピーダンスの安定性を維持するために、終端除去および全ワイヤ使用も使用される.

Calculation of characteristic impedance

Simple characteristic impedance model: Z=V/私, Zは、信号伝送プロセスにおける各ステップのインピーダンスを表す, Vは、信号が送電線に入るときの電圧を表す, 現在、. i =原子/±t, Qは、電気量を表す, とTは各ステップの時間を表します.

Electricity (from battery): ±Q=±C*V, キャパシタンスを表す, Vは電圧. 容量は伝送線路の単位長さ当たりの容量CLと信号伝送速度Vによって推定することができる. ユニットピンの長さの値は速度と見なされる, そして、各々のステップのために必要とされる時間Tによって、掛けられる, then the formula is obtained: ±C=CL*v*(±)t.

上記項目の組み合わせ, 特性インピーダンスを得ることができます。

z＝v／i＝v／（対数±q／≒±t）＝v／（±±c＊v／≒±t）＝v／（cl＊v＊（ξ±t）v＊／arf±t）＝1／（cl＊v）

特性インピーダンスは伝送線路の単位長さ容量と信号伝送速度に関連することが分かる. 特性インピーダンスを実際のインピーダンスZと区別するために, 私たちはZ. 伝送線路の特性インピーダンスはZ 0＝1である/(CL*v)

If the capacity per unit length of the transmission line and the signal transmission speed remain unchanged, 伝送線路の特性インピーダンスも変化しない. この簡単な説明は、新しく発見された特性インピーダンス理論とキャパシタンスの常識を結びつけることができる. 伝送線の単位長さ当たりの容量が増加するならば, 伝送線を厚くするなど, 伝送線路の特性インピーダンスを低減することができる.

Characteristic impedance measurement

When the battery is connected to the transmission line (assuming the impedance is 50 ohms at the time), 3フィートのRG 58光ケーブルにオームメーターを接続してください. このとき無限インピーダンスを測定する方法? 伝送線路のインピーダンスは時間に関係する. 光ファイバケーブルの反射より短い時間で光ファイバーケーブルのインピーダンスを測定するならば, あなたは“サージ”インピーダンスを測定している, 特性インピーダンス. しかし、あなたがエネルギーが戻って、反射されるまで、十分に長く待つならば, インピーダンスは、測定後に変化することが分かる. 一般的に言えば, インピーダンス値は、上下に反発して安定した限界値に達する.

3フィートの長い光ケーブルのために, インピーダンス測定は3ナノ秒以内に完了しなければならない. TDR (Time Domain Reflectometer) can do this, 送電線の動的インピーダンスを測定することができる. あなたが3フィートの光ファイバケーブルのインピーダンスを1秒以内に測定するならば, 信号は何百万回も反映される, 異なる「サージ」インピーダンスの結果.

以上が高速設計の特性インピーダンス問題である. IPCBも提供されて PCBメーカー and PCB製造 テクノロジー.