Rancangan Elektronik - Kenalkan kepentingan desain impedance bila PCBLayout

Apa itu impedance?

Dalam listrik, resistensi kepada arus dalam papan sirkuit cetak sering dipanggil impedance. Unit impedance adalah ohm, biasanya dikatakan sebagai Z, dan adalah nombor kompleks:

Z = R (omega I L - 1 / (C) omega)

Secara khusus, impedance boleh dibahagi menjadi dua bahagian, resistensi (bahagian sebenar) dan reaksi (bahagian imajinatif).

Reaksi termasuk reaksi kapasitif dan reaksi induktif. Penghalangan semasa disebabkan oleh kapasitasi dipanggil reaksi kapasitatif, dan penghalangan semasa disebabkan oleh induksi dipanggil reaksi induktif.

Model ideal untuk sepadan impedance

Kebanyakan jurutera RF telah menghadapi masalah persamaan impedance. dalam terma layman, persamaan impedance direka untuk memastikan penghantaran efisien isyarat atau tenaga dari "sumber" ke "muatan".

Model ideal ZZ, tentu saja, mengharapkan impedance output terminal Sumber menjadi 50 ohms, impedance garis transmisi menjadi 50 ohms, dan impedance input terminal Muat menjadi 50 ohms sepanjang jalan ke bawah, yang Z ideal.

Namun, situasi sebenarnya adalah bahawa impedance sumber tidak akan 50 ohm, dan impedance muatan tidak akan 50 ohm, yang memerlukan beberapa sirkuit yang sepadan impedance.

Dan sirkuit yang sepadan terdiri dari induktansi dan kapasitasi, pada masa ini kita perlu menggunakan kapasitasi dan induktansi untuk penyahpepijatan sirkuit yang sepadan impedance, untuk mencapai prestasi RF optimal.

Kaedah pemadaman kemudahan

Ada dua kaedah utama untuk sepadan impedance, satu adalah untuk mengubah kekuatan impedance, yang lain adalah untuk menyesuaikan garis transmisi.

Untuk mengubah kekuatan impedance adalah untuk menyesuaikan nilai impedance muatan melalui siri dan sambungan selari kapasitasi, indutan dan muatan untuk sepadan dengan sumber dan impedance muatan.

Laras garis transmisi adalah untuk memperpanjang jarak antara sumber dan muatan, dengan kapasitasi dan induktan untuk melaraskan kekuatan impedance kepada sifar.

Pada titik ini, isyarat tidak akan dikeluarkan dan tenaga boleh diserap oleh muatan.

Dalam kawat PCB kelajuan tinggi, pengendalian kawat isyarat digital secara umum dirancang sebagai 50 ohm. Ia secara umum ditetapkan bahawa band asas kabel koaksial adalah 50 ohms, band frekuensi adalah 75 ohms, dan pasangan berputar (perbezaan) adalah 85-100 ohms.

Contoh untuk sepadan impedance: Ringing

Saya pernah menghadapi masalah bunyi ketika mengukur isyarat elektrik dalam projek.

Kerana mana-mana garis penghantaran tidak dapat dihindari mempunyai perlawanan memimpin, induktan memimpin dan kapasitasi hilang, isyarat denyut piawai selepas melewati garis penghantaran panjang cenderung kepada fenomena meningkat dan berdering. Banyak eksperimen menunjukkan bahawa lawan memimpin boleh mengurangi amplitud purata denyut. Kewujudan kapasitasi yang sesat dan induktan lead adalah penyebab punca untuk meningkat dan berdering. Di bawah keadaan masa yang sama meningkat denyut depan, semakin tinggi induktan utama, semakin serius akan fenomena meningkat dan berdering. Semakin besar kapasitas tersesat, semakin panjang masa meningkat bentuk gelombang. Sementara perlawanan utama meningkat, amplitud denyut akan menurun.

Jika perubahan impedance dirasakan semasa penghantaran isyarat, refleksi isyarat berlaku. isyarat ini mungkin isyarat dari pemandu atau isyarat yang terrefleks dari hujung jauh. Menurut formula koeficien refleksi, apabila isyarat merasa impedance yang lebih kecil, refleksi negatif akan berlaku, dan tekanan negatif yang refleksi akan menyebabkan isyarat menghasilkan downdraft. Isyarat diselarang berbilang kali diantara pemacu dan muatan jauh, yang mengakibatkan isyarat berdering. Impedansi output kebanyakan cip sangat rendah, dan jika impedance output kurang daripada impedance karakteristik kabel PCB, isyarat pasti akan berdering jika tidak ada sambungan sumber akhir ke akhir.

Dalam sirkuit sebenar, kaedah berikut digunakan untuk mengurangi dan menekan atas roke dan berdering.

(1) perlawanan siri. Amplitud denyut boleh dikurangkan dengan menggunakan garis transmisi dengan perlawanan yang besar atau dengan menyambung secara buatan perlawanan yang tepat untuk mengurangi darjah peningkatan dan bunyi. Namun, apabila nilai penentang masuk terlalu besar, tidak hanya amplitud denyut menurun terlalu banyak, tetapi juga pinggir depan denyut tertunda. Oleh itu, nilai perlahan pemadam dalam siri sepatutnya sesuai, dan perlahan bukan-induktif sepatutnya dipilih, dan kedudukan sambungan perlahan sepatutnya dekat dengan akhir penerimaan.

(2) Kurangkan induksi lead. Cuba mengurangi induktan utama garis dan garis penghantaran adalah kaedah asas, prinsip umum ialah:

Cuba singkat panjang utama

Lebar wayar tebal dan foil tembaga dicetak

Kurangkan jarak penghantaran isyarat

Masalah ini patut diberikan lebih perhatian apabila komponen dengan induktan kecil digunakan, terutama apabila isyarat denyut dengan depan yang sangat tajam dihantar

(3) Sebagai induktansi dan kapasitas yang sama bagi sirkuit muatan juga boleh mempengaruhi akhir penghantaran, sehingga bentuk gelombang denyut menghasilkan meningkat dan berdering, oleh itu, induktansi dan kapasitas yang sama bagi sirkuit muatan perlu diminumkan. Terutama apabila wayar mendarat sirkuit muatan terlalu panjang, induktansi dan kapasitasi hilang wayar mendarat adalah besar, dan pengaruh mereka tidak boleh diabaikan.

(4) Garis isyarat dalam litar digital logik boleh meningkatkan perlawanan tarik-up dan muatan terminal ac, seperti yang dipaparkan dalam Gambar 6. Penolak tarik-up tersedia untuk menarik tahap tinggi logik isyarat hingga 5V.Akses sirkuit muatan terminal ac tidak mempengaruhi kemampuan pemandu tributaries, dan tidak meningkatkan muatan garis isyarat, sementara fenomena bunyi frekuensi tinggi boleh ditahan secara efektif.

Bunyi di atas tidak hanya berkaitan dengan keadaan sirkuit, tetapi juga berkaitan dengan masa naik denyut depan. Walaupun keadaan sirkuit sama, apabila masa naik denyut depan sangat pendek, puncak peningkatan akan meningkat. Secara umum, kemungkinan meningkat dan berdering dianggap untuk denyut dengan masa naik pinggir utama kurang dari 1. Oleh itu, dalam pemilihan frekuensi isyarat denyut, ia patut dianggap bahawa pada premis untuk memenuhi keperluan kelajuan sistem, isyarat yang boleh memilih frekuensi rendah tidak patut memilih isyarat frekuensi tinggi; Jika tidak diperlukan, ia tidak perlu terlalu diperlukan pinggir utama denyut yang sangat tajam. Ini pada dasarnya menghapuskan kesan dan keuntungan audio-visual.

Aplikasi diagram bulatan Smith dalam RF Mempadankan penyahpepijatan litar

Maklumat berikut boleh dicampur dalam diagram bulatan Smith: parameter impedance Z, parameter penerimaan Y, faktor kualiti Q, koeficient refleksi, koeficient gelombang berdiri, koeficient bunyi, keuntungan, faktor kestabilan, kuasa, efisiensi, maklumat frekuensi dan parameter perlahan lain.

Bukan lelaki wajah, kita masih melihat diagram bulatan impedance:

Prinsip bagi diagram bulatan impedance adalah untuk menggunakan persamaan satu-ke-satu antara impedance input dan koeficient refleksi voltaj untuk ungkapan impedance input normalized dalam sistem koordinat kutub koeficient refleksi, dan ciri-cirinya dikira sebagai berikut:

Pencegahan setengah bulatan atas adalah reaksi induktif dan reaksi setengah bulatan bawah adalah reaksi kapasitif

Paksi sebenar adalah perlawanan murni dan bulatan unit adalah reaksi murni

Paksi kanan paksi sebenar adalah semua titik perut gelombang tegangan (kecuali titik sirkuit terbuka), dan paksi kiri adalah nod gelombang tegangan (kecuali titik sirkuit pendek).

Titik persamaan (1,0), titik sirkuit terbuka (âž, âž) dan titik sirkuit pendek (0,0)

Dua bulatan istimewa: satu dengan Z terbesar adalah bulatan reaksi murni, dan satu tangen kepada paksi maya adalah bulatan yang sepadan

Terdapat dua arah putaran: arah lawan jam ke muatan dan arah jam ke sumber gelombang

Graf bulatan penerimaan dan graf bulatan impedance saling sentrosimetrik. Graf bulatan yang sama boleh digunakan sebagai graf bulatan impedance atau graf bulatan penerimaan, tetapi ia tidak boleh digunakan sebagai graf bulatan penerimaan jika ia digunakan sebagai graf bulatan impedance semasa setiap operasi YC.

Lingkaran Smith menunjukkan beberapa ciri-ciri menarik:

Induktor/kondensator pembolehubah disambung dalam siri atau selari sebelum muatan, seperti yang dipaparkan dalam empat diagram di sebelah kiri figura di bawah, yang menghasilkan beberapa lengkung di sebelah kanan bulatan Smith.

Bersama dengan bulatan impedance Smith dan bulatan penerimaan, jalur gerakan mereka adalah seperti ini:

Dengan bulatan impedance Smith, induktor siri berputar arah jam dan kondensator siri berputar arah lawan jam

Apabila menggunakan bulatan masuk Smith, induktor shunt putar arah lawan jam dan kapasitasi shunt putar arah jam