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PCB技術

PCB技術 - 特性インピーダンスのわかりやすい説明

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PCB技術 - 特性インピーダンスのわかりやすい説明

特性インピーダンスのわかりやすい説明

2021-08-23
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Author:IPCB

抽象的で複雑なデジタル高速論理原理、そして、伝送線で方形波信号を送る方法とその信号完全性(信号完全性)を確実にする方法、雑音(雑音)を減らして、誤動作と他の専門の表現を減らすために、単純な生命例を使うことができるならば、例示するのに用いられます。しかし、あなたが移動する代わりに数学的な数式と難しい物理的な言語の束をもたらす場合、より少ない努力が必要な場合は初心者や介入者の啓発と祝福がより効果的になります。


しかし、多くの学部の専門家、医者と教師がxingtanにいる教授さえ、彼らがまだ状況に本当に入らなかったかどうか、わかりません、そして、理由を知りません?または、彼らは慎重に教育を怖がらせるために彼らが知っているものを披露しますが、彼らは知っています。多くの書籍や雑誌の記事が市場にあり、それらのほとんどは不可解です。例は少ない。それは本当に人々を霧の中の花を見させる。それを理解するのは奇妙です!


筆者は最近、プロの電気試験会社日照ヒキによって提供されたインピーダンスコントロールについてのブリーフィング情報を入手した。内容は一目で分かりやすいと言うことができる。作者が長い間追求してきたのは、その領域です。私は、香港建設会社副社長遼Fengyingの強力な援助と元の著者山崎山崎と彼の上司とともに、元の「温コン建設」会社の承諾を喜んでいます。金井利彦さんのおかげでこの記事を完成できました。そして、学生の読者のために多くの類似した情報を与えるためにすべての高齢者と上級学生を歓迎してください、そして、あなたは産業で非常によいでしょう。


1 .信号伝達を花を散らすホースとして扱う


1.1 In the multi-layer ディジタルシステムの信号線, 方形波信号が伝送されるとき, それは、花に花を送るホースと想像することができます. 一端は、それが水柱を撃ち抜くために、手握りで加圧されます, もう一方の端は蛇口につながっている. グリップチューブによる圧力がちょうど正しいとき, そして、水域の範囲は、正確に目標領域に噴霧される, 与えられて、受け取ることは幸せであり、任務は正常に完了するでしょう. それは便利な小さな業績ではないか?


1.2しかし、一旦水注入プロセスがあまりに遠くであるならば、それは目標と浪費資源を降ろすだけでなく、強力な水圧のためにどこにも気づかないところさえありません。任務が失敗しただけでなく、大きなフラストレーションでもあった。それはとても厄介で、豆腐でいっぱいです!


1.3では、グリップがあまりにも近くの範囲を作るために十分に絞られていない場合、逆に、望ましい結果はまだ取得されません。余りにもあなたの欲しいものではない。ちょうどそれがちょうど正しいとき、誰でも幸せでありえます。


1.4生命の上記の単純な詳細は、方形波(方形波)信号(信号)が多層ボード伝送線(信号線、誘電層および接地層から成る伝送線)で実行されることを示すために用いることができる。高速配信。このとき、伝送線路(共通の同軸ケーブル、マイクロストリップライン、ストリップライン等)はホースとして考え、保持管によって印加される圧力は基板上の「受信端」のようである。(レシーバ)GNDと並列に接続された抵抗器は一般的である(5端子技術のうちの1つであるので、詳細な説明のためにTPCAの第13号において「埋め込み抵抗器の開発」の項を参照)。これは、受信端コンポーネントの内部要求に整合するためにそのエンドポイント特性インピーダンス(特性インピーダンス)を調整するために使用することができる。


2 .送電線の終端制御技術(終端)


2.1から、「信号」が伝送線において、伝播して、終点に達して、受信要素(例えば異なるサイズのCPUまたはmeomeryおよび他のICのような)において、作業したいときに、シグナル・ラインの「特性インピーダンス」はそれが終末要素の内部の電子インピーダンスと一致しなければならないということから分かることができるそれで、仕事は無駄に失敗しません。用語では、正しく指示を実行し、ノイズの干渉を減らすために、間違った動作を避けることを意味します。「一旦マッチしないと、少しのエネルギーが“送信端”に向かって跳ね返ります。そして、それは反射雑音(雑音)のトラブルを引き起こすでしょう。


2.2は、伝送線路自体の特性インピーダンス(Z 0)が設計者によって28オームに設定されている場合には、伝送線路がZ 0を維持し、28Ωの設計値を安定化するために、端子制御の接地抵抗(ZT)も28オームでなければならない。Z 0 = ZTのこの一致した状況だけでは、シグナル伝達は最も効率的です、そして、その「信号完全性」(信号完全性、信号品質のための特別な語)も最高です。


(3)特性インピーダンス(特性インピーダンス)


3.1信号の方形波が伝送線路アセンブリの信号線において高レベルの正の圧力信号とともに前進するとき、それに最も近い基準層(接地層など)は、理論的には電界によって誘起された負圧信号が前方(正の圧力信号の戻り経路と等しい)に付随する負圧信号を必要とする。全体のループシステムを完了することができます。「信号」が前進して、短い時間の飛行時間を凍結するならば、あなたは信号線、誘電層と基準層が一緒に経験する瞬間的なインピーダンス(瞬間的なインピーダンス)を想像することができます。いわゆる「特性インピーダンス」である。


したがって、「特性インピーダンス」は、信号線の線幅(w)、線厚(t)、誘電体厚さ(h)および誘電率(dk)に関連するべきである。伝送線路の一つであるマイクロストリップ線路は、以下のダイアグラム及び計算式を有する。原文で.Rは実際相対的なキャパシタンスと呼ばれるべきである。後者は平行金属板コンデンサの立場から見る。それが事実に近いので、多くの重要な仕様(IPC - 6012、IPC - 4101、IPC - 2141とIEC - 326)は改名されました。近年のRそして、元の絵のEは不正確です、それはギリシアの手紙(Episolon)でなければなりません。


不良インピーダンス整合の3.2の結果


高周波信号の本来の用語「特性インピーダンス」(Z 0)は非常に長いので、一般に「インピーダンス」と呼ばれる。読者は注意しなければなりません、これは低周波AC(60 Hz)ワイヤー(送電線でない)に現れるインピーダンス値(Z)と全く同じでありません。デジタルシステムでは、伝送線路全体のZ 0を適切に管理することができ、ある範囲(10±10 %または±±5 %)の範囲内で制御されると、この高品質伝送線路はノイズを低減し、誤動作を回避する。しかしながら、上記のマイクロストリップラインにおけるZ 0の4つの変数(W,T,H,R)のいずれかが、図の信号線のギャップのように異常である場合には、元のZ 0は突然上昇する(上記の式はZ 0がWに逆比例しているという事実を参照してください)、そして、安定性と均一性(連続)を維持し続けることができないので、信号のエネルギーは必然的に部分的に進行する。リバウンド反射の一部は行方不明です。このように、ノイズと誤動作を回避することはできません。以下の写真のホースは突然山崎の息子によって踏まれ、ホースの両端に異常が発生した。

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3.3の貧しいインピーダンスマッチングは、雑音を引き起こします


上記のいくつかの信号エネルギーのリバウンドによって、元の良質の方形波信号が異常に直ちに変形する(すなわち、高レベルのオーバーシュート、低レベルのアンダーシュート、及び2つの後のリンギング、詳細はTPCA手続き問題13「埋込みキャパシタ」を参照)。このような高周波ノイズは、厳しい場合は誤動作を起こし、パルス速度が速くなり、ノイズが大きくなり、誤動作することが容易になる。


特性インピーダンス試験


4.1 TDRによる測定


上から見ると 特性インピーダンス 伝送線路全体の値は、均一性を維持してはならない, しかし、その値はデザイナーによって要求される許容範囲内で減少する. The general measurement method is to use Time Domain Reflectometry (TDR). This TDR can generate a step wave (StepPulse or Step Wave) and send it into the transmission line to be tested to become an incident wave (Incident Wave). したがって, 信号線の幅が変わると, Z 0オーム値の浮き沈みも画面に表示されます.


4.2低周波はZ 0を測定する必要はありません、高速はTDR


信号方形波(λ)の波長が基板回路の長さよりもはるかに大きい場合には、反射やインピーダンス制御などの高速領域における煩雑な問題を考慮する必要がない。例えば、1989年初めに高速でなかったCPUは、10 MHzのクロックレートを有しており、もちろん信号伝送には複雑な問題はない。ただし、電流Pentium 4の内部周波数は、以下の通りである。1.7 GHzと同じくらい高いです。過去の巨大な違いに比べれば、それは空に過ぎない!波動公式から、上述の10 MHz方形波の波長は以下のようになる。


But when the clock rate of the DRAM chipset has risen to 800MHz, 方形波の波長も37に短縮される.5cm; and the speed of the P-4 CPU 1と同じ高さ.7 GHz and the wavelength is shorter to 17.6 cm, だから PCB 母板 上記2つの間で伝送される外部周波数も、400 MHz及び75 cmの波長の領域に加速される. It can be seen that the line length in these packaged substrates (substrate), そして、母の線長さえ 板, 信号波長に達した. もちろん, 伝送線路効果を注意しなければならない, また、TDR測定を使用しなければならない. .


4.3 TDRは、長い歴史を持ちます


伝送路の特性インピーダンス(z 0)値を測定するために時間領域反射計を使用することは新しいことではない。初期には海底ケーブルの安全性を監視するために使用され、伝送品質における「断線」問題があるかどうかを常に注意を払う。現在,高速コンピュータや高周波通信の分野で徐々に使用されている。


CPUキャリアボードの4.4 TDRテスト


近年,アクティブコンポーネントの実装技術が継続的に改装・加速されている。1970年代のc‐dipとp‐dip二重列ソケットはんだ付け(pth)はほとんど消失した。1980年代には、金属三脚(リードフレーム)のQFP(4つの側の突出足)またはPLCC(4つの側のフック足)は、HDIボードまたはハンドヘルドモデルから徐々に減少しました。代わりに、BGAまたはCSP、または有機シート(面積配列)の底面である足のないLGAです。チップ(チップ)とキャリア(サブストリング)との相互接続さえ、ワイヤボンドから短く、より直接的な「フリップチップ」(FC)技術に発展してきた。エレクトロニクス業界の料金は急速に変化した!


日置は2001年6月,jpcaで「1109 hiテスタ」を発売した。1 . 7 ghzの高速伝送fc/pgaボードのz 0を正確に測定するために,飛行プローブはもはや急速な動きに使用されない。smaプローブ型tdr手触りテスト(プレスタイプ)も廃止。その代わりに、固定高周波のスタイラスで正確な位置決めを行うために固定高周波短距離ケーブルを使用し、自動距離シフト・接触線を測るポイントで高精度の自動テストを行う。


CCDカメラ・レンズ監視プラットホームのXY変位とZ方向の低下点を検査しているレーザー高さセンサーで、これらの二重正確な位置決めと点発見は、回転接触針の協力と結合して、繰り返しを避けることができます。従来のケーブル、コネクタ、スイッチ等を使用すると、TDR測定の誤差が大きく低下する。これは、パッケージのキャリアボード上のZ 0の“1109 hitester”測定を他の方法よりはるかに正確にしました。


実際には、プローブの組み合わせは、4方向プローブセット(各方向は1信号と2 GND)を使用します。CCDをモニタし、同時に測定すると、データはもちろん正確になる。また、標準値セラミックカードボードの自動補正の下で、温度変化に起因するいかなるエラーも最小化することができる。


4.5正確できちんとした


この新規に起動された1109は、最高端のパッケージ化されたキャリアボードのCPU上でZ 0測定を行うことができるだけでなく、容易に他の高価格のCSP、BGA、FC等に関する正確な測定を行うことができる。テストされるサイズは、巨大な500 mm * 600 mmに10 mm * 10 mmほど小さくありえます、そして、それは劇的な変化に対処することができます。今後は、クーポン以外の実際の信号線についてもZ 0を測定する必要がある。この難しいTDR技術は現在開発中です。