PCB 뉴스 - 고속 설계에서의 특성 임피던스 문제

고속 설계에서 제어 가능한 임피던스와 회로의 특성 임피던스는 많은 중국 엔지니어들을 괴롭히고 있다.본고는 간단하고 직관적인 방법을 통해 특성 저항의 기본 성질, 계산과 측정 방법을 소개하였다.

고속 설계에서 제어 가능한 임피던스와 회선의 특성 임피던스는 가장 중요하고 흔한 문제 중 하나이다.먼저 전송선의 정의를 이해한다. 전송선은 일정한 길이를 가진 두 개의 도체로 구성되어 있는데 하나는 신호를 보내는 데 사용되고 다른 하나는 신호를 받는 데 사용된다.다중 레이어에서는 각 선이 전송선의 일부이며 인접한 참조 평면을 두 번째 선 또는 루프로 사용할 수 있습니다.하나의 선로가"고성능"송전선로가 되는 관건은 전반 선로에서 그 특성의 임피던스를 일정하게 유지하는것이다.

회로 기판이"제어 가능한 임피던스 보드"가되는 열쇠는 일반적으로 25 옴에서 70 옴 사이의 모든 회로의 특성 임피던스를 규정된 값에 도달시키는 것입니다.다층 PCB 회로 기판에서 좋은 전송 선형 에너지의 관건은 그 특성 임피던스를 전체 회선에서 일정하게 유지하는 것이다.

하지만 특성 임피던스는 무엇입니까?특성 임피던스를 이해하는 가장 쉬운 방법은 신호가 전송되는 동안 발생하는 상황을 관찰하는 것입니다.같은 횡단면이 있는 전송선을 따라 이동하면 그림 1에 표시된 마이크로파 전송과 유사합니다.1볼트의 전압 계단파를 이 전송선에 추가한다고 가정하자.예를 들어, 1V 배터리는 전송 케이블의 전면 (전송 케이블과 루프 사이) 에 연결됩니다.일단 연결되면 전압파 신호는 광속으로 선로를 따라 전파된다.일반적으로 전파 속도는 나노초 당 약 6인치입니다.물론 이 신호는 실제로 전송선과 루프 사이의 전압 차이이며 전송선의 모든 점과 루프의 인접 지점에서 측정 될 수 있습니다.그림 2는 전압 신호 전송의 도표입니다.

Zen의 방법은 먼저 "신호를 생성"한 다음 나노초당 6인치 속도로 이 전송선을 따라 전파하는 것이다.첫 번째 0.01나노초 0.06인치 전진.이때 송신선로는 여분의 양전하를 가지고 있고 환로는 여분의 음전하를 가지고 있다.바로 이 두 전하간의 차이가 두 도체간의 1볼트전압차를 유지하였다.이 두 도체는 하나의 콘덴서를 형성한다.

다음 0.01나노초에서 0.06인치 전송선의 전압을 0에서 1볼트로 조정하기 위해서는 전송선에 양전하를 추가하고 수신선에 음전하를 추가해야 한다.0.06인치를 이동할 때마다 전송선에 양전하를 더 추가하고 루프에 음전하를 더 추가해야 합니다.0.01 나노초마다 전송선의 다른 부분이 충전되어야하며 신호가 이 부분을 따라 퍼지기 시작합니다.전하가 전송선 앞부분의 배터리에서 나온다.이 선로를 따라 이동할 때, 그것은 전송선의 연속적인 부분을 충전하여 전송선과 순환로 사이에 1볼트의 전압차를 형성한다.0.01나노초 앞당길 때마다 배터리에서 약간의 전하(±Q)를 얻는데, 일정한 시간 간격(±t) 내에서 배터리에서 흘러나오는 일정한 전력(±Q)이 일정한 전류다.회로로 유입되는 음전류는 실제로 유출되는 양전류와 같으며 신호파의 앞부분에 있을 뿐이다.교류 전류는 상하선로로 형성된 콘덴서를 통해 전체 순환을 끝낸다.이 절차는 그림 3과 같습니다.

회선 임피던스

배터리의 경우 신호가 전송선을 따라 전파될 때 연속적인 0.06인치 전송선 세그먼트는 0.01나노초마다 충전된다.전원에서 일정한 전류를 얻을 때 전송선은 마치 하나의 임피던스처럼 보이는데 그 임피던스값은 일정한것으로서 전송선의"파도임피던스"라고 할수 있다.

이와 마찬가지로 신호가 선로를 따라 전파될 때 다음단계에 앞서 0.01나초내에 어느 전류가 이 단계의 전압을 1볼트로 증가시킬수 있는가?이것은 순간 임피던스의 개념과 관련된다.

배터리의 관점에서 볼 때, 신호가 안정된 속도로 전송선을 따라 전파되고 전송선이 동일한 횡단면을 가지면 0.01나노초 동안 각 단계에서 동일한 신호 전압을 생성하기 위해 동일한 전하량이 필요합니다.이 선로를 따라 행진할 때, 그것은 같은 순간 저항을 생성하는데, 이것은 전송선의 특성으로 간주되는데, 이를 특성 저항이라고 한다.전송 프로세스의 각 단계에서 신호의 특성 임피던스가 동일하면 전송선은 제어 임피던스 전송선으로 간주될 수 있습니다.

순간 임피던스나 특성 임피던스는 신호 전송의 질에 매우 중요하다.이전 과정에서 다음 단계의 임피던스가 이전 단계의 저항과 같다면 작업이 순조롭게 진행될 수 있지만 임피던스가 변경되면 약간의 문제가 발생할 수 있다.

최적의 신호 품질을 위해 내부 연결의 설계 목표는 신호 전송 과정에서 임피던스를 가능한 한 안정적으로 유지하는 것입니다.첫째, 전송선의 특성 임피던스는 안정적이어야 합니다.따라서 제어 가능한 임피던스 패널의 생산이 점점 더 중요해지고 있습니다.또한 신호 전송 중 순간 임피던스의 안정성을 유지하기 위해 남은 컨덕터의 길이가 가장 짧고, 끝을 제거하고 전체 컨덕터를 사용하는 등의 다른 방법도 사용됩니다.

특성 임피던스 계산

간단한 특성 임피던스 모델: Z = V/I, Z는 신호 전송 과정 중 각 단계의 임피던스를 나타내고, V는 신호가 전송선에 들어갈 때의 전압을 나타내며, I는 전류를 나타낸다.I=±Q/±t, Q는 전력량, t는 각 단계의 시간을 나타낸다.

전기 (배터리에서): ± Q = ± C * V, C는 용량, V는 전압.커패시터는 전송선의 단위 길이당 커패시터 CL과 신호 전송 속도 v로 유도할 수 있습니다. 단위 핀의 길이 값을 속도로 간주하고 각 단계에 필요한 시간 t를 곱하면 ±C=CL*v*(±)t의 공식이 나타납니다.

위의 항목과 결합하면 다음과 같은 특성 임피던스를 얻을 수 있습니다.

Z=V/I=V/（±Q/±t）=V/

특성 임피던스는 전송선의 단위 길이 용량과 신호 전송 속도와 관련이 있음을 알 수 있다.특성 임피던스와 실제 임피던스 Z를 구분하기 위해 Z 뒤에 0을 추가했습니다. 전송선의 특성 임피던스는 Z0=1/(CL*v)입니다.

전송선의 단위 길이 용량과 신호 전송 속도가 변경되지 않으면 전송선의 특성 임피던스도 변경되지 않습니다.이런 간단한 해석은 용량의 상식을 새로 발견된 특성저항리론과 련계시킬수 있다.전송 케이블을 두껍게 하는 등 전송 케이블의 단위 길이당 용량을 늘리면 전송 케이블의 특성 임피던스를 줄일 수 있습니다.

특성 임피던스 측정

배터리가 전송선에 연결되었을 때(당시 임피던스를 50옴으로 가정) 옴 테이블을 3피트 길이의 RG58 광 케이블에 연결합니다.이때 무한 임피던스를 어떻게 측정합니까?모든 전송선의 임피던스는 시간과 관련이 있습니다.광섬유 케이블보다 짧은 시간 내에 광섬유 케이블의 임피던스를 측정하는 경우 서지 임피던스 또는 특성 임피던스를 측정합니다.그러나 에너지가 반사되어 수신될 때까지 충분히 오래 기다리면 측정 후 임피던스가 변경된다는 것을 알 수 있습니다.일반적으로 임피던스 값은 상하가 반등하면 안정적인 한계치에 도달합니다.

3피트 길이의 광 케이블의 경우 임피던스 측정을 3나노초 이내에 완료해야 합니다.TDR(시역반사계)은 이를 통해 전송선의 동적 임피던스를 측정할 수 있습니다.3피트 길이의 광섬유 케이블의 임피던스를 1초 이내에 측정하면 신호가 수백만 번 반복적으로 반사되어 다른 서지 임피던스가 발생합니다.

이상은 고속 설계에서의 특성 임피던스 문제에 대한 소개입니다.Ipcb는 PCB 제조업체 및 PCB 제조 기술에도 제공됩니다.