Новости PCB - характеристическая импеданс

В последние годы все более важным вопросом в области высокоскоростного проектирования становится проектирование печатных плат с контролируемым импедансом и характеристическим импедансом соединительных линий на печатных плат.Однако для инженеров, не занимающихся электронным проектированием, это также самый запутанный и наглядный вопрос.

Даже многие инженеры, занимающиеся разработкой электронных устройств, находятся в таком же замешательстве. Эта информация вкратце проиллюстрирует характеристическое сопротивление, надеясь помочь вам понять самое основное качество линии передачи.

Что такое линия передачи?

Что за линия передачи? два проводника с определенной длиной образуют линию передачи. один из проводников стал каналом передачи сигналов, а другой проводник образует путь возвращения сигнала (здесь мы упоминаем путь возвращения сигнала, который, по сути дела, является той землей, которую все обычно понимают, но для удобства описания временно забывают о концепции земли). при проектировании многослойных схем каждая связка PCB представляет собой проводник в линии передачи, которая использует соседнюю опорную поверхность в качестве второго проводника или пути возвращения сигнала линии передачи. Какая связь между PCB это хорошая линия передачи? В общем случае,если характеристический импеданцсопротивление одинаков везде на одном и том же межсоединении печатной платы, такая линия передачи становится линией передачи хорошего качества. Какие платы называются платами с управляемым сопротивление?Плата с контролируемым импеданс это плата, в которой характеристический сопротивление всех линий передачи на печатной плате соответствует единой целевой спецификации, что обычно означает, что характеристический  импеданс всех линий передачи находится в диапазоне от 25 до 70 до .

По сигналу

Самый эффективный способ рассмотреть характеристический импеданс это изучить,что видит сам сигнал при распространении по линии передачи. Упрощение обсуждения этого вопроса, условная линия передачи, и поперечное сечение линии передачи согласуются при распространении сигнала по линии передачи.

к линии передачи добавляется ступенчатый сигнал с амплитудой 1 в. шаговый сигнал это элемент 1V,соединяемый с передней частью,соединяющий между линией сигнала и контуром.при открытии батареи форма сигнала напряжения будет распространяться в диэлектрике со скоростью света около 6 дюймов / сек (почему сигнал распространяется так быстро,а не приблизительно 1 см / сек,что является другой темой,более не рассматривается здесь). Конечно,есть традиционное определение сигнала. сигнал определяется как разница в напряжении между линией сигнала и траекторией возвращения, обычно достигаемая путем измерения разницы в напряжении между любой точкой линии передачи и маршрутом возвращения соседнего сигнала.

сигнал передается вперед по линии передачи с скоростью 6 дюймов в секунду.что ждёт сигнал в процессе передачи?в интервале между первым 10ps и первым сигналом, сигнал двигается по линии передачи на расстояние 0,06 дюйма.Предположим,что время блокировки в данный момент,учитывая ситуацию на линии передачи.в этом отрезке пути передача сигнала между этой линией передачи и соответствующим соседним сигналом обратного пути устанавливает постоянную амплитуду сигнала 1V.Это означает,что дополнительный положительный заряд и дополнительный отрицательный заряд накапливаются в этой части линии передачи и на соответствующем обратном пути, чтобы установить стабильное напряжение.именно разность этих зарядов между двумя проводниками создает и поддерживает стабильный 1V - сигнал напряжения между проводниками, создающий емкость между двумя проводниками.

в это время, линия передачи за линией передачи сигнала перед волной не знала, что будет распространение сигнала, поэтому напряжение между линией сигнала и траекторией возвращения остается на нуле. В течение следующих 10 ps - интервалов сигнал будет передаваться на определённое расстояние вдоль линии передачи. Поскольку сигнал продолжает распространяться, будет установлена линия передачи 1V между другим отрезком длиной 0,06 дюйма и соответствующим маршрутом возвращения сигнала. напряжение сигнала. для этого необходимо ввести определенное количество положительного заряда в сигнальную линию и ввести такое же количество отрицательного заряда в обратном направлении сигнала. для каждого сигнала на 0,06 дюйма, передаваемого вдоль линии передачи, более положительный заряд будет введен в сигнальную линию, более отрицательный заряд будет вводить сигнал обратно в путь. через каждые 10 ps интервал, другой отрезок линии передачи будет заряжен до 1V, сигнал будет продолжать распространяться по направлению линии передачи.

Откуда взялись эти расходы? Ответ исходит из источника сигнала, который мы используем для предоставления ступенчатого сигнала и подключения к передней части линии передачи. когда сигнал распространяется по линии передачи, сигнал будет непрерывно заряжать участок линии передачи, чтобы обеспечить создание и поддержание напряжения в 1 V между линией сигнала и любым местом обратного пути передачи сигнала. каждые 10ps интервал времени, сигнал будет передаваться на определенном расстоянии от линии передачи, а из электрической системы будет извлекаться определенное количество зарядов, которые остаются без ответа. батареи в течение определенного периода времени обеспечивают определенное количество электрического заряда для формирования постоянного тока сигнала. положительный ток поступает в сигнальную линию от аккумулятора, а отрицательный ток того же размера протекает через сигнальный контур.

отрицательный ток в потоке сигнализации идентичен прямому току в линии входящей сигнализации. Кроме того, в положении волнового фронта сигнала ток переменного тока протекает через конденсатор, образующий сигнальные и сигнальные контуры, и заканчивает сигнальный контур.

характеристическое сопротивление линии передачи

с точки зрения батареи, как только конструктор соединяет провода батареи с передней линией передачи, ток из батареи всегда будет постоянным, и сигнал напряжения будет стабильным. Кто - нибудь может спросить,что это за электронный элемент?при добавлении сигнала постоянного напряжения он будет сохранять постоянное значение тока, которое, конечно, является сопротивлением.

для батарей, когда сигнал распространяется вперед по линии передачи, каждые 10 ps интервал времени, будет добавлен новый отрезок передачи 0,06 дюйма, заряд до 1V. новые и дополнительные количества электричества, полученные от аккумуляторов, обеспечивают стабильность аккумуляторов.ток извлекает из батареи постоянный ток, линия передачи соответствует резистору,  импеданс постоянство. Мы называем это волновым сопротивлением линии передачи.

Аналогичным образом, когда сигнал распространяется вперед вдоль линии передачи, каждый раз, когда он распространяется на определенное расстояние, сигнал постоянно обнаруживает электрические условия линии сигнала и пытается установить импеданцсопротивление при дальнейшем распространении сигнала. как только сигнал добавляется к линии передачи и распространяется вдоль линии передачи, сигнал сам по себе проверяет, сколько электрических токов необходимо для зарядки длины линии передачи, распространяемой в интервале 10ps, и зарядит эту часть отрезка передачи на 1V. Это мгновенная величина сопротивления, которую мы должны проанализировать.

с точки зрения самих батарей, если сигнал распространяется в направлении линии передачи с постоянной скоростью и если предполагается, что линия передачи имеет равномерное поперечное сечение, то длина распространения сигнала (например, расстояние между сигналом и интервалом в 10ps) будет фиксированной; Затем вы должны получить тот же объем электричества из батареи,чтобы эта часть линии передачи была заряжена к тому же сигнальному напряжению. при каждом постоянном расстоянии распространения сигнала аккумулятор получает тот же ток,что и сигнальное напряжение.в процессе распространения сигнала, мгновенное  импеданс линии передачи где бы то ни было одно и то же.

в процессе распространения сигнала вдоль линии передачи, если в каждом месте линии передачи есть равномерная скорость распространения сигнала, а также емкость на единицу длины, то сигнал в процессе распространения всегда будет видеть полное равномерное мгновенное  импеданс. Поскольку сопротивление остается неизменным на всей линии передачи, мы даем конкретное название, которое обозначает характеристики данной характеристики или специфической линии передачи, известной как характеристическое  импеданс линии передачи. характеристическое импеданцсопротивление означает мгновенное сопротивление, видимое при распространении сигнала по линии передачи. если при распространении сигнала вдоль линии передачи, то характерные импеданцы сигнала остаются неизменными, то линия передачи называется линией передачи управляемого импеданс.

характеристическое сопротивление линии передачи является наиболее важным элементом конструкции

Мгновенный импеданцсопротивление или характеристический импеданцсопротивление линии передачи является наиболее важным фактором, влияющим на качество сигнала.Если сопротивление между интервалами распространения соседних сигналов остается неизменным во время распространения сигнала,то сигнал может распространяться вперед очень плавно, обстоятельства стали очень простыми.Если существует разница между интервалами распространения соседних сигналов или импеданс меняется,часть энергии сигнала будет отражаться обратно, что также может повлиять на непрерывность передачи сигнала.

для обеспечения оптимального качества сигналов целью межсоединений сигналов является обеспечение максимальной постоянства импеданцсопротивление, встречающихся в процессе передачи.Это означает,в основном,сохранение постоянства сопротивления линии передачи.Таким образом, проектирование и производство панелей PCB с контролируемым импеданцсопротивление становится все более важным.Что касается любых других методов проектирования,таких,как сведение к минимуму длины пальцев,согласование терминалов, соединение цепей хризантем или ветвей и т.д.,то все это делается для того,чтобы сигнал мог видеть последовательное мгновенное сопротивление.

расчет характеристического сопротивления

Из приведенной выше простой модели мы можем вывести значение выходного сопротивление, то есть значение мгновенного импеданцсопротивление, наблюдаемого при передаче сигнала. сопротивление z, наблюдаемый в течение каждого интервала распространения сигнала, соответствует основному определению импеданцсопротивление

Z = V / I

напряжение здесь V означает напряжение сигнала, добавленное к линии передачи, текущий момент означает, что в каждом интервале, не попадая в ячейку, вы получаете общий заряд от батареи.поэтому

I = Q / t

заряд входящего в передаточную линию (в конечном счете заряд поступает из источника сигнала) используется для создания емкости с зарядом в напряжение V между новой линией сигнала и траекторией обратного пути в процессе передачи сигнала

Ctrl = V игра C

Мы можем установить связь между емкостью сигнала, генерируемого на определенном расстоянии в процессе распространения, и емкостью CL и скоростью U, передаваемой по линии передачи на единицу длины линии передачи. В то же время дальность перемещения сигнала - скорость U умножена на интервал t

C = (CLU) Cl

в сочетании со всеми уравнениями мы можем вывести временное сопротивление:

Z = V / I=V/(δQ/δt)=V/(VδC/δt)=V/(V CL U δt /δt)=1/(CL U)

можно видеть, что временное импеданцсопротивление зависит от емкости и скорости передачи сигнала на единицу длины линии передачи. Это также может быть искусственно определено как характеристическое сопротивление линии передачи.для проведения различия между характеристиками сопротивление и действительным импеданцсопротивление Z в характеристическом импедансе была добавлена специальная отметка 0.характеристическое сопротивление линии передачи сигналов было получено путем вышеописанной экстраполяции:

- 1 / (CL U)

Если емкость на одну единицу длины линии передачи и скорость распространения сигнала на линии передачи остаются неизменными, то линия передачи имеет постоянный характеристический импеданс в пределах ее длины. Эта линия передачи называется линия передачи управляемого сопротивление.

из приведенного выше краткого описания видно, что некоторые визуальные знания о емкости можно увязать с новыми визуальными знаниями о характерных сопротивлениях. Иными словами, если в PCB будет увеличена ширина сигнальной проводки, то будет увеличена емкость на единицу длины линии передачи, и будут снижены характерные сопротивления линии передачи.

интересная тема

Характеристический импеданцсопротивление линии передачи часто понимают неправильно. Согласно приведенному выше анализу, если вы подключите источник сигнала к линии передачи, вы должны увидеть определенное значение характеристического импеданцсопротивление линии передачи, например 50Ω. Однако если подключить омметр к тому же кабелю RG58 длиной 3 фута, то измеренное сопротивление окажется бесконечным.

Ответ на вопрос заключается в том, что значение импеданцсопротивление, наблюдаемое с переднего конца любой линии передачи, меняется со временем. если измерять сопротивление кабеля в течение достаточно короткого времени, соответствующего времени прохождения сигнала по кабелю, можно измерить волновое сопротивление кабеля или характеристический импеданс кабеля. Однако если вы подождете достаточно долго, часть энергии отразится обратно и будет обнаружена измерительными приборами. теперь можно определить изменение импеданцсопротивление. обычно в этом процессе сопротивление будет меняться как до, так и после, пока не достигнет полного импеданса. достижение устойчивого состояния: если конец кабеля разомкнут, значение конечного сопротивление бесконечно, а если конец кабеля замкнут накоротко, конечный импеданс.

для кабеля RG58 длиной в 3 фута процесс измерения сопротивления должен быть завершен в пределах интервала менее 3 НС. Вот что нужно сделать со счетчиком времени (TDR). TDR может измерить динамическое сопротивление линии передачи. Если для измерения сопротивления трехметрового кабеля RG58 требуется 1 s, то сигнал отражается миллионы раз и навсегда в течение этого промежутка времени, то вы можете получить совершенно иные значения сопротивления, чем огромное изменение сопротивление, конечный результат будет бесконечным, так как терминал кабеля открыт.

Выше приведено введение характеристического импеданс.Ipcb также предоставляет производителей печатных плат и технологии производства печатных плат.