Технология PCB - Десять руководств по проектированию высокоскоростных печатных плат: проблема характеристического импеданса

яn high-speed проектировать, Характеристическое сопротивление платы и схемы регулируемого импеданса беспокоит многих китайских инженеров. В этой статье представлены основные свойства, методы расчета и измерения характеристического сопротивления с помощью простого и интуитивно понятного метода.

In high-speed проектировать,

Характеристическое сопротивление плат и линий с регулируемым сопротивлением является одной из наиболее важных и распространенных проблем. фёрст понять определение линии передачи: линия передачи состоит из двух проводников определенной длины, один проводник используется для передачи сигналов, а другой используется для приема сигналов (вспомним понятие «контур» вместо «земля»). "). В многослойной плате каждая линия является компонентом линии передачи, смежная опорная плоскость может использоваться как вторая прямая или контура. Ключом к тому, чтобы линия стала линией передачи с «хорошими характеристиками», является поддержание постоянного характеристического импеданса на протяжении всей линии.

Ключ к тому, чтобы печатная плата стала «платой с регулируемым импедансом», заключается в том, чтобы характеристическое сопротивление всех цепей соответствовало заданному значению, обычно от 25 до 70 Ом. В многослойной печатной плате ключом к хорошим характеристикам линии передачи является поддержание постоянного характеристического импеданса по всей линии.

But what is the characteristic impedance? самый простой способ понять характеристическое сопротивление - это просмотр ситуации, с которой происходит сигнал в процессе передачи. When moving along a transmission line with the same cross-section, this is similar to the microwave transmission shown in Figure 1. Suppose a voltage step wave of 1 volt is added to this transmission line. For example, a 1 volt battery is connected to the front end of the transmission line (it is located between the transmission line and the loop). соединение сразу, the voltage wave signal travels along the line at the speed of light. Распространение информации, its speed is usually about 6 inches/nanosecond. Of course, this signal is indeed the voltage difference between the transmission line and the loop, Она может измеряться с любой точки линии передачи и соседней точки контура. Fig. 2 is a schematic diagram of the transmission of the voltage signal.

Zen's method is to first "generate a signal" and then propagate it along this transmission line at a speed of 6 inches per nanosecond. имя до 0.01 НС advances 0.06 inches. At this time, передаточная линия имеет избыточный положительный заряд, and the loop has excess negative charge. It is the difference between these two kinds of charges that maintains the 1 volt voltage difference between the two conductors. And these two conductors form a capacitor.

- - -

следующие 0.01 nanosecond, to adjust the voltage of a 0.линия передачи на 6 дюймов от 0 до 1 вольт, it is necessary to add some positive charge to the transmitting line and some negative charge to the receiving line. For every 0.перемещение на 06 дюймов, more positive charge must be added to the transmission line, and more negative charge must be added to the loop. каждые 0.01 НС, another section of the transmission line must be charged, затем сигнал начинает распространяться по этой части. The charge comes from the battery at the front end of the transmission line. When moving along this line, it charges the continuous part of the transmission line, thus forming a voltage difference of 1 volt between the transmission line and the loop. Every 0.01 nanosecond of advancement, some charge (±Q) is obtained from the battery, and the constant power (±Q) flowing out of the battery in a constant time interval (±t) is a constant current. отрицательный ток в цепи впрыска практически такой же, and it is just at the front end of the signal wave. The AC current passes through the capacitor formed by the upper and lower lines to end the entire cycle.

Line impedance

For batteries, когда сигнал распространяется вдоль линии передачи, непрерывный 0.06 дюймов передача отрезка заряд один раз в 0 секунд.01 nanoseconds. When a constant current is obtained from the power supply, the transmission line looks like an impedance, and its impedance value is constant, Это можно назвать линией передачи "волновым сопротивлением".

Similarly, когда сигнал распространяется вдоль линии, before the next step, до 0.01 nanoseconds, какой ток может увеличить напряжение шага до 1 в? This involves the concept of instantaneous impedance.

с точки зрения батареи, if the signal propagates along the transmission line at a stable speed, поперечное сечение линии передачи, the same amount of charge is required for each step in 0.01 НС - секунда, чтобы создать одно и то же напряжение сигнала. When going along this line, оно произведет одно и то же мгновенное сопротивление, which is regarded as a characteristic of the transmission line and is called the characteristic impedance. Если характер сигнала на каждом шаге процесса передачи будет одинаковым, then the transmission line can be regarded as a controllable impedance transmission line.

временное сопротивление или характеристическое сопротивление очень важны для качества передачи сигнала. в процессе перехода, if the impedance of the next step is equal to the impedance of the previous step, работа может идти успешно, but if the impedance changes, будут проблемы.

для достижения оптимального качества сигнала, the проектировать Цель внутреннего соединения - сохранить сопротивление в процессе передачи сигнала как можно. First, the characteristic impedance of the transmission line must be kept stable. поэтому, the production of controllable impedance boards becomes more and more important. Кроме того, other methods such as the shortest remaining wire length, для поддержания стабильности мгновенных сопротивлений при передаче сигналов, используется также удаление конца и использование целого провода.

Characteristic impedance measurement

When the battery is connected to the transmission line (assuming the impedance is 50 ohms at the time), соединять часы омега с оптическим кабелем RG58 длиной в 3 фута. How to measure the infinite impedance at this time? сопротивление любой линии передачи зависит от времени. If you measure the impedance of the fiber optic cable in a shorter time than the reflection of the fiber optic cable, ты измеряешь сопротивление "волны", or characteristic impedance. Но если ждать достаточно долго, пока энергия не вернется и не будет принята, После измерения можно обнаружить изменение импеданса. Generally speaking, после прыжка вверх и вниз значение импеданса достигнет устойчивого предела.

For a 3-foot-long optical cable, измерение импеданса должно быть завершено в течение 3 - х секунд. TDR (Time Domain Reflectometer) can do this, Он может измерить динамическое сопротивление линии передачи. If you measure the impedance of a 3-foot fiber optic cable within 1 second, сигнал будет отражаться в миллионы раз, resulting in different "surge" impedances.

расчет характеристического сопротивления

- - -

Simple characteristic impedance model: Z=V/I, Z represents the impedance of each step in the signal transmission process, напряжение при входе сигнала в передающую линию, and I represents the current. I = ±Q/±t, Q - представительство, and t represents the time of each step.

- - -

электрические (от батареи): Q = CeVE, c Представляет конденсатор, V - напряжение. емкость может быть получена из числа CL и скорости передачи сигналов v на единицу длины линии передачи. длину опоры трубы следует рассматривать как скорость, затем умножать на количество времени, требуемое для каждого шага, и затем получить формулу: треугольник C = CL (*) t.

сочетание вышеперечисленных элементов, we can get the characteristic impedance:

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

- - -

можно заметить, что характеристическое сопротивление связано с удельной длиной линии передачи и скоростью передачи сигнала. для разделения характеристического и фактического сопротивления z, we add 0 after Z. характеристическое сопротивление линии передачи: Z0 = 1/(CL×v)

- - -

Если длина линии передачи и скорость передачи остаются неизменными, the characteristic impedance of the transmission line also remains unchanged. такое простое объяснение позволяет увязать здравый смысл емкости с теорией вновь открывшихся характеристик сопротивлений. Если длина линии передачи увеличивается, линия передачи, the characteristic impedance of the transmission line can be reduced.