Новости PCB - Проблема характеристического импеданса при проектировании высокоскоростных систем

в скоростном проектировании многие китайские инженеры беспокоят характерные импеданцы управляемых щитов и схем. в данной статье дается описание основных свойств, расчётов и методов измерения характеристического импеданса простым наглядным способом.

в скоростном проектировании одним из наиболее важных и часто встречающихся вопросов является характеристическое сопротивление управляющих панелей и линий. прежде всего понять определение линии передачи: линия передачи состоит из двух проводников с определенной длиной, один проводник используется для передачи сигнала, другой - для получения сигнала (запомнить понятие "контура", а не "заземления"). в многослойных пластинах каждая линия является составной частью линии передачи, а прилегающие исходные уровни могут использоваться в качестве второй линии или контура. ключ к тому, чтобы линия стала "высокой характеристикой" линии передачи, заключается в том, чтобы сохранить ее характеристики импедансов в течение всей линии.

ключ к превращению платы в "щит управляемых сопротивлений" заключается в том, чтобы все схемы имели характеристическое сопротивление до заданного значения, обычно от 25 до 70 ом. в одном многослойная плата PCB, ключ к хорошей характеристике линии передачи - постоянство характеристического импеданса во всей линии.

Но что такое характеристический импеданс? Самый простой способ понять характеристическое сопротивление - посмотреть, с чем сталкивается сигнал при передаче. При движении по линии передачи с одинаковым поперечным сечением это похоже на передачу микроволн, показанную на рис. 1. Предположим, что к этой линии передачи добавляется напряжение ступенчатой волны в один вольт. например, к переднему концу линии передачи (он расположен между линией передачи и петлей) подключается батарейка напряжением 1 вольт. подключение сразу же приводит к распространению сигнала волны напряжения по линии. Скорость распространения информации, как правило, составляет около 6 дюймов/наносекунду. Конечно, этот сигнал на самом деле является разностью напряжений между линией передачи и петлей, его можно измерить из любой точки линии передачи и соседней точки петли. На рис. 2 представлена схема передачи сигнала напряжения.

Способ Zen «генерировать сигнал» и затем распространять его по линии передачи со скоростью 6 дюймов в секунду. название до 0.01 NS прогресс 0.06 дюйма. теперь, линия передачи имеет избыточный положительный заряд, Эта цепь имеет слишком много отрицательного заряда. Именно разница между этими двумя видами зарядов поддерживает разницу напряжения в 1 вольт между двумя проводниками. Эти два проводника образуют конденсатор.

В следующие 0.01 НС, чтобы изменить напряжение на 0.6-дюймовой линии передачи от 0 до 1 вольта, необходимо добавить положительный заряд к линии передачи и еще больше отрицательного заряда к линии приема. каждые 0.06 дюйма движения необходимо добавить положительный заряд к линии передачи и еще больше отрицательного заряда к петле. каждые 0.01 НС необходимо зарядить еще один участок линии передачи, после чего сигнал начинает распространяться по этому участку. Заряд поступает от батареи на переднем конце линии передачи. Вдоль этой линии он заряжает непрерывную часть линии передачи, таким образом, между линией передачи и контуром создается разность напряжений в 1 вольт. Каждый раз, когда 0,вперед - 01 НС / с, некоторый заряд (±Q) получается от батареи, и постоянная мощность (±Q), вытекающая из батареи в постоянном интервале времени (±t) является постоянным током. отрицательный ток в цепи инжекции почти такой же, и он находится как раз на переднем конце сигнальной волны. весь контур, генерируя переменный ток через конденсатор. Этот процесс показан на рисунке 3.

Импеданс линии

Для батарей, когда сигнал распространяется по линии передачи, непрерывный 0,06-дюймовый сегмент линии передачи заряжается каждые 0,01 наносекунды. Когда от источника питания поступает постоянный ток, линия передачи выглядит как импеданс, и значение ее импеданса постоянно, что можно назвать «импульсным импедансом» линии передачи.

Аналогично, когда сигнал распространяется по линии, перед следующим шагом, в течение 0,01 наносекунды, какой ток может увеличить напряжение этого шага до 1 вольта? Это связано с понятием мгновенного импеданса.

С точки зрения батареи, если сигнал распространяется по линии передачи со стабильной скоростью, а линия передачи имеет одинаковое сечение, то для создания одного и того же напряжения сигнала на каждом шаге в 0,01 наносекунды требуется одинаковое количество заряда. При прохождении по этой линии будет создаваться одинаковое мгновенное сопротивление, которое рассматривается как характеристика линии передачи и называется характеристическим импедансом. Если характеристический импеданс сигнала на каждом этапе процесса передачи одинаков, то линию передачи можно считать линией передачи с управляемым импедансом.

Мгновенный импеданс или характеристический импеданс очень важен для качества передачи сигнала. В процессе передачи, если импеданс следующего шага равен импедансу предыдущего, работа может проходить гладко,но если импеданс изменится, возникнут некоторые проблемы.

Для достижения наилучшего качества сигнала цель конструкции внутреннего соединения заключается в том, чтобы сохранить импеданс как можно более стабильным в процессе передачи сигнала. Прежде всего, необходимо поддерживать стабильным характеристический импеданс линии передачи. Поэтому производство плат с управляемым импедансом приобретает все большее значение. Кроме того, для поддержания стабильности мгновенного импеданса при передаче сигнала используются и другие методы, такие как наименьшая оставшаяся длина провода, удаление концов и использование целого провода.

Расчет характеристического импеданса

Простая модель характеристического импеданса: Z=V/I, Z представляет собой импеданс каждого шага в процессе передачи сигнала, V представляет собой напряжение, когда сигнал поступает в линию передачи, а I представляет собой ток. I=±Q/±t, Q представляет собой электрическую величину, а t - время каждого шага.

Электричество (от батареи): ±Q=±C*V, C - емкость, а V - напряжение. Емкость можно определить по емкости CL на единицу длины линии передачи и скорости передачи сигнала v. Значение длины единичного штыря рассматривается как скорость, а затем умножается на время t, необходимое для каждого шага, после чего получается формула: ±C=CL*v*(±)t.

Объединив вышеуказанные пункты, можно получить характеристический импеданс:

Z=V/I=V/(±Q/±t)=V/(±C*V/±t)=V/(CL*v*(±)t*V/±t)=1/(CL *v)

Как видно, характеристический импеданс связан с пропускной способностью линии передачи на единицу длины и скоростью передачи сигнала. Чтобы отличить характеристический импеданс от фактического импеданса Z, мы добавляем 0 после Z. Характеристический импеданс линии передачи имеет вид: Z0=1/(CL*v)

Если емкость на единицу длины линии передачи и скорость передачи сигнала остаются неизменными, характеристический импеданс линии передачи также остается неизменным. Это простое объяснение позволяет связать обычное представление о емкости с недавно открытой теорией характеристического импеданса. Если увеличить емкость на единицу длины линии передачи, например, утолстить линию передачи, характеристический импеданс линии передачи может быть уменьшен.

Измерение характеристического импеданса

Когда батарея подключена к линии передачи (предполагается, что импеданс в это время составляет 50 Ом), подключите омметр к оптическому кабелю RG58 длиной 3 фута. Как измерить бесконечный импеданс в это время? Импеданс любой линии передачи зависит от времени. Если вы измеряете импеданс волоконно-оптического кабеля за время, меньшее, чем время его отражения, вы измеряете импеданс «всплеска», или характеристический импеданс. Но если вы подождете достаточно долго, пока энергия не отразится обратно и не будет принята, можно обнаружить, что импеданс изменится после измерения. Как правило, значение импеданса достигает стабильного предельного значения после скачков вверх и вниз.

Для оптического кабеля длиной 3 фута измерение импеданса должно быть выполнено в течение 3 наносекунд. TDR (рефлектометр во временной области) может сделать это, он может измерить динамический импеданс линии передачи. Если вы измеряете импеданс 3-футового оптоволоконного кабеля в течение 1 секунды, сигнал будет отражаться туда и обратно миллионы раз, что приведет к различным «всплескам» импеданса.

Выше приведено введение в проблему характеристического импеданса при проектировании высокоскоростных устройств. Ipcb также предоставляется производителям печатных плат и технологии производства печатных плат.