PCB Teknik - Yüksek hızlı tasarımda PCB teknolojisinin özellikli impedance problemi

Yüksek hızlı tasarımda, kontrol edilebilir impedance tahtalarının ve çizgilerin özellikleri en önemli ve ortak sorunlarından biridir. İlk olarak bir iletişim hatının tanımını anlayın: bir iletişim hattı belli uzunluğuyla iki yöneticiden oluşturulmuş, bir yönetici sinyaller göndermek için kullanılır, diğeri de sinyaller almak için kullanılır (toprak yerine "loop" konseptini hatırlayın). Birçok katı tahtasında, her çizgi transmis çizgisinin bir parças ıdır ve yakın referans uça ğı ikinci çizgi ya da dönüş olarak kullanabilir. Bir çizginin anahtarı "iyi performansı" yayınlama çizgisini çizginin boyunca özelliklerini engellemek.

Dört tahtasının anahtarı "kontrol edilebilir impedans tahtası" olması, tüm devrelerin özelliklerini belirlenmiş bir değerle karşılaştırmak, genellikle 25 ohm ve 70 ohm arasında. Çoklu katı devre tahtasında, iyi iletişim çizgi performansının anahtarı, karakteristik impedans sürekli çizgi boyunca tutmak.

Ama özelliklerin imfazı nedir? İmparatorluğu anlamanın en kolay yolu iletişim sırasında sinyalin neler karşılaştığına bakmak. Aynı karşılaştırma bölümü ile bir transmis çizgisine doğru hareket ettiğinde, bu, 1. Şekil'de gösterilen mikrodalga transmisiyonuna benziyor. Bir voltaj adım dalgası, 1 volt dalgası bu transmis çizgisine eklendiğini tahmin edin. Örneğin, bir 1 volt bateri transmis hatının ön tarafından bağlanmış (transmis hattı ile dönüş arasında bulundur). Bir keresinde, voltaj dalgası sinyali ışığın hızından çizgi boyunca yola çıkar. Propagasyon, hızı genellikle yaklaşık 6 santim/nanosekundür. Elbette, bu sinyal, transmis hattı ve döngü arasındaki voltaj farkıdır, ve transmis hatının her noktasından ve döngünün yakın noktasından ölçülebilir. Şekil 2 voltaj sinyalinin yayınlamasının şematik bir diagramdir.

Zen'in yöntemi ilk olarak "sinyal oluşturur" ve sonra bu transmis hattı boyunca nanosekunda 6 santim hızla yayılır. İlk 0,01 nanosekunda 0,06 santim ilerliyor. Bu sırada, gönderme çizgisinin pozitif yükü fazlası var ve dönüşün negatif yükü fazlası var. İki yönetici arasındaki 1 volt voltaj farkını tutan bu iki tür suçlamalar arasındaki fark. Ve bu iki yönetici bir kapasitör oluşturuyor.

Sonraki 0,01 nanosaniyede, 0,06 santim bir yayım satırının voltajını 0,06 santim 1 volt'dan ayarlamak için, yayım satırına pozitif bir yük eklemek ve alıcı satırına negatif bir yük eklemek gerekir. Her hareket 0,06 santim için, transmit çizgisine daha pozitif yük eklenmeli ve döngüye daha negatif yük eklenmeli. Her 0.01 nanosaniye, yayım hatının başka bir bölümü yüklenmeli ve sinyal bu bölüm boyunca yayılmaya başlar. Yükleme transmisyon hatının ön tarafındaki baterinden gelir. Bu çizgi boyunca hareket ettiğinde, transmisyon çizginin sürekli parçasını yüklüyor, böylece transmis çizgi ve döngü arasında 1 volt farklısı oluşturuyor. Her 0.01 nanosekunda ilerleme, bazı yük (±Q) battery'den alınır ve daimi bir zaman aralığında (±t) battery'den akışan sürekli elektrik miktarı sürekli bir akıştır. Dönüşe giren negatif akışı, pozitif akışı çıkan akışı ile aynı ve sinyal dalgasının ön ucunda. AC akışı tüm döngüsü bitirmek için üst ve aşağı çizgiler tarafından oluşturulmuş kapasitörü geçiyor.

Çizginin engellemesi

Bateriler için, sinyal transmis çizgisinin boyunca yayıldığında, sürekli 0,06 santim transmis çizgi bölümü her 0,01 nanosaniye yüklenir. Elektrik tasarımından sürekli bir akışı alındığında, transmis çizgi bir impedans cihazı gibi görünür ve onun impedans değeri sürekli durumda, bu da transmission çizgisinin "kirli impedans" denilebilir.

Aynı şekilde, bir sinyal, sonraki adımdan önce, 0,01 nanosaniye içinde, bu adımın voltajını 1 volt a kadar arttırabilir hangi a ğır? Bu, hemen impedans konseptiyle ilgili.

Batarya bakışından, eğer sinyal istikrarlı hızla transmis çizgisinin üzerinde yayılırsa ve transmis çizgisinin aynı karşılaştırma bölümünde aynı yük miktarı 0,01 nanosaniyede aynı sinyal voltajı oluşturmak için her adım için aynı yük miktarı gerekiyor. Bu çizgi boyunca aynı anımsal impedans oluşturacaktır. Bu, transmisyon çizgisinin özelliği olarak kabul edilen ve özellikle impedans denir. Eğer iletişim sürecinin her adımında sinyalin özelliğinin engellemesi aynı ise, transmit hattı kontrol edilebilir impedans transmisi hattı olarak kabul edilebilir.

Sinyal transmisinin kalitesine çok önemlidir. Transfer sürecinde, eğer sonraki adımın impedansı önceki adımın impedansı ile eşit olursa, çalışma düzgün devam edebilir, ama eğer impedans değişirse, bazı sorunlar gerçekleşecek.

En iyi sinyal kalitesini elde etmek için iç bağlantının tasarlama amacı sinyal iletişim sürecinde impedansını mümkün olduğunca stabil tutmak. İlk olarak, iletişim çizgisinin özellikleri sabitlenmelidir. Bu yüzden kontrol edilebilir impedance tahtalarının üretimi daha da önemli olur. Ayrıca, en kısa süre kalmış kablo uzunluğu, sonu çıkarma ve tüm kablo kullanımı gibi diğer metodlar da sinyal transmisinde aniden impedansının stabilliğini korumak için kullanılır.

Özellik impedance hesaplaması

Basit karakteristik impedans modeli: Z=V/I, Z sinyal iletişim sürecinde her adımın impedansını temsil ediyor, V sinyal iletişim çizgisine girdiğinde voltajı temsil ediyor, ve ben şu anda temsil ediyorum. Q elektrik temsil ediyor ve t her adımın zamanı temsil ediyor.

Elektrik (battery'den): ±Q=±C* V, C kapasitesini temsil ediyor ve V voltaj temsil ediyor. Kapacitans, transmis hatının birim uzunluğunda CL kapasitesi ve sinyal transmis hızı v tarafından değerlendirilebilir. Birim pipinin uzunluğu hızı olarak kabul edilir, sonra her adım için gereken zamana çarpılır, sonra formül alınır: ±C=CL*v*(±)t. Yukarıdaki öğeleri birleştirirken, karakteristik impedance elde edebiliriz: Z= V/I=V/(±Q/±t)=V/(±C*V/±t)=V/(CL*v*(±)t*V/±t)=1/(CL*v)

İmparatorluğun özellikli impedans transmis hatının uzunluğu ve sinyal transmis hızına bağlı olduğunu görülebilir. Gerçek impedans Z'den özellikli impedans'ı ayırmak için Z'den sonra 0 ekleriz. Transdans çizgisinin özellik impedansı: Z0=1/(CL*v).

Eğer nakliye hatının birim uzunluğunda ve sinyal nakliye hızı değiştirilmezse, nakliye hatının özellikleri de değiştirilmez. Bu basit açıklama yeni keşfedilmiş özellik impedans teorisiyle ortak kapasitet duygusunu bağlayabilir. Eğer transmisyon hatının birim uzunluğunda kapasitet arttıysa, transmisyon hatını kaldırmak gibi, transmisyon hatının özellikleri engellemesi düşürülebilir.

Özellikle mücadele ölçümü

Batarya iletişim hatıyla bağlanıldığında (impedans zamanında 50 ohm olduğunu varsayılırsa), ohmmeter'i 3 metre uzunluğu RG58 optik kabele ile bağlayın. Bu zamanda sonsuz mühendislik nasıl ölçeceğiz? Herhangi bir iletişim hatının engellemesi zamanla ilgili. Eğer fiber optik kabelin impedansını, fiber optik kabelinin refleksiyonundan kısa bir sürede ölçürseniz, "kirli" impedansını ölçüyorsunuz veya karakteristik impedansınızı ölçüyorsunuz. Fakat enerji geri refleks edilene kadar yeterince uzun beklerseniz, ölçüden sonra impedance değiştirmek için bulunabilir. Genellikle konuşurken, impedans değeri yeniden yukarı ve a şağıya düştükten sonra stabil bir sınır değerine ulaşacak.

3 metrelik optik kabel için impedans ölçüsü 3 nanosaniye içinde tamamlanmalıdır. TDR (Zaman Domain Reflectometer) bunu yapabilir, transmission hatının dinamik impedansını ölçülebilir. Eğer 1 saniye içinde 3 metre fiber optik kablosunun impedansını ölçürseniz, sinyal milyonlarca kez geri ve önüne gösterilir, farklı "yukarı" impedanslarına neden olur.