PCB Teknik - Özellikle impedance analiz edin

Son yıllarda, yüksek hızlı tasarım alanında daha önemli bir mesele kontrol edilmiş impedans ve devre tabağındaki bağlantı çizgilerin özellikleri olan devre tahtalarının tasarımı. Fakat elektronik tasarım mühendisleri için bu da en karışık ve en azından intuitiv sorun. Bir sürü elektronik tasarım mühendisleri bile bu konuda aynı şekilde karışık. Bu bilgi, özellikler impedansı'na kısa ve intuitiv bir tanıtım verecek, transmission hatının en temel kalitesini anlamanıza yardım edecek.

İletişim hattı nedir?

Bir iletişim hattı nedir? Belirli bir uzunluğu olan iki yönetici bir iletişim satırı oluşturur. Yöneticilerin birisi sinyal yayınlama kanalı haline gelir, diğer yönetici sinyal dönüş yolunu oluştururken (burada sinyal dönüş yolunu anlatıyoruz ki, aslında herkesin genellikle anladığı yer, ama tasvir uygun olması için, zamanının yerini unut. Her PCB bağlantı satırı transmit satırında bir yönetici oluşturuyor ve transmit satırı yakın referans uça ğını transmit satırının ikinci yöneticisi veya sinyal dönüş yolu olarak kullanır. Ne tür PCB bağlantı çizgisi iyi bir iletişim çizgidir? Genelde, eğer karakteristik impedance aynı PCB bağlantı çizgisinde her yerde uyumlu olursa, böyle bir transmis çizgi yüksek kaliteli bir transmis çizgisi olur. Ne çeşit devre tahtası kontrol edilmiş impedance devre tahtası? Kontrol edilmiş impedans devrelerinin PCB'deki tüm transmisyon hatlarının özellikle bir hedef belirlenmesiyle karşılaştığını anlamına gelir. Genelde tüm yayınlama hatlarının özellikle engellemesi 25Ω ve 70Ω arasındadır.

Sinyal bakımından

En etkileyici şekilde özellikler impedansını düşünmenin en etkileyici yolu, sinyalin kendi tarafından yayıldığı şekilde ne göründüğüne bakmak. Problemin tartışmasını basitleştirmek için, iletişim çizgisinin mikrostrip türü olduğunu tahmin ediliyor, ve iletişim çizgisinin karışık bölümü iletişim çizgisinin üzerinde yayıldığında sinyal uyumlu.

1 V genişliğine bir adım sinyali ekle. Adım sinyali, ön tarafından bağlanmış ve sinyal hattı ve dönüş yolu arasında bağlanmış 1V bateriydi. Batarya kapatıldığında sinyal voltaj dalga formu ışığın hızından, genelde yaklaşık 6 santim/s hızından (sinyal 1 cm/s'in elektron propagasyon hızına yaklaşmak yerine, bu başka bir konu, daha fazla girişim yok). Elbette, buradaki sinyal hala alışkanlı bir tanıma sahiptir. Sinyal sinyal çizgi ve dönüş yolu arasındaki voltaj farkı olarak tanımlanır. Bu sinyal her zaman transmis çizgisindeki her nokta ve yakın sinyal dönüş yolu arasındaki voltaj farkısını ölçerek alınır.

Sinyal, 6 santim/s hızında yayınlama çizgisine yönlendirildir. İletişim sırasında sinyal nasıl bir durum bulunacak? İlk 10ps zamanının aralığında sinyal, transmis çizgisinin altında 0,06 santim uzakta yolculuk etti. Kilit zamanının şu anda olduğuna inanırsa, iletişim hattında neler olduğunu düşünün. Bu yolculuk mesafesinde sinyalin yayınlığı, bu yayınlama hatının arasında 1V genişliğine ve yakın sinyal dönüş kanalı arasında stabil bir sinyal oluşturur. Bu demek oluyor ki, bu stabil voltajı kurmak için, bu bölümün bu bölümünde ekstra pozitif yükler ve ekstra negatif yükler toplandı. İki yönetici arasında stabil 1 V voltaj sinyali oluşturur ve sürücüler arasındaki stabil voltaj sinyali iki yönetici arasındaki kapasitesi oluşturur.

Transfer çizgisinin arkasındaki sinyal dalga önündeki bölümü yayılacak bir sinyal olacağını a çık değildir. Bu yüzden sinyal çizgi ve dönüş yolu arasındaki voltaj hâlâ sıfır olarak tutuluyor. Sonraki 10ps zamanının aralığında sinyal bir mesafe yolculuğuna ulaşır. Sinyalin yayılmaya devam ettiği sonuç olarak, 0.06 santim uzunluğu ve uyumlu sinyal dönüş yolu arasında bir 1V transmis satırı oluşturulacak. Sinyal voltaj. Bunu yapmak için belirli pozitif bir yük sinyal çizgisine inşa edilmeli ve aynı negatif yük miktarı sinyal dönüş yoluna inşa edilmeli. Her 0.06 santim sinyal yayılması satırı boyunca daha pozitif yükler sinyal çizgisine inşa edilecek ve daha negatif yükler sinyal dönüş yoluna inşa edilecek. Her 10ps zaman aralığı, transmit hatının başka bir bölümü 1 V'e yüklenecek ve sinyal transmit hatının yönünde yayılmaya devam edecek.

Bu suçlamalar nereden geliyor? Cevap sinyal kaynağından geliyor. Bu, adım sinyalini sağlamak için kullandığımız bateriydi ve transmis hatının ön tarafına bağlanmak için kullandığımız. Sinyal transmis çizgisinde yayıldığında sinyal sürekli yayıldığı transmis çizgi bölümünü yükleyerek, 1 V voltajı oluşturulmuş ve sinyal çizgi arasında tutululmuş ve sinyal yayıldığı her yerde geri dönüş yolu sağlıyor. Her 10ps zaman aralığı, sinyal transmis çizgisinde belli bir mesafe yollayacak ve enerji sisteminden belli bir miktar yükü Î'Q çizecektir. Batarya, sürekli bir sinyal akışını oluşturmak için dışarıda belirli bir miktar yükü Î'Q sağlıyor. Pozitif bir akışı, bateryden sinyal çizgisine aklıyor ve aynı zamanda aynı büyüklüğün negatif akışı sinyal dönüş yolundan aklıyor.

Sinyal dönüş yolundan geçen negatif akışı sinyal çizgisine geçen pozitif akışı ile aynı. Ayrıca, sinyal dalgalarının önündeki pozisyonda, AC akışı sinyal çizgisinin ve sinyal dönüş yolundan oluşturur, sinyal dönüşünü tamamlar.

İletişim çizgisinin karakteristik engellemesi

Batarya bakışından, tasarım mühendisi bateryanın ön tarafından yayınlama hatının ön tarafına bağlandığında, her zaman akışın akışının sürekli değeri, ve voltaj sinyali stabil kalır. Bazı insanlar bu şekilde ne tür elektronik komponentlere sahip olabilir? Bir sürekli voltaj sinyali eklendiğinde, sürekli bir a ğımdaki değeri tutacak, ki elbette bir dirençtir.

Batarya konusunda, sinyal transmis çizgisinin önüne yayıldığında, her 10ps zaman aralığında, 1V'e yüklenmek için yeni bir transmis çizgi bölümü eklenecek. Bateriden alınan yeni arttırılmış yükler stabil bir bateri tutulmasını sağlıyor. Aktual bir akışı batteriden çekiyor, nakliye çizgisi dirençle eşittir ve dirençlik daimi. Bunu iletişim çizgisinin ameliyatı olarak adlandırıyoruz.

Aynı şekilde, bir sinyal bir transmis çizgisinin önüne doğru yolculuğunda, her belli mesafe yolculuğunda, sinyal sürekli sinyal çizgisinin elektrik çevresini inceleyecek ve sinyalin daha ileri yolculuğunda imfazını belirlemeye çalışacak. Sinyal transmis çizgisine eklendiğinde ve transmis çizgisinin boyunca yayıldığında sinyal kendisi 10ps zamanlı aralığında yayılan transmis çizginin uzunluğunu yüklemek için ne kadar akıcı gerektiğini sorgulamaya çalışıyor ve bu transmis çizginin bölümünü 1V'e yüklenmek için sağlıyor. Bu analiz etmek istiyoruz.

Batarya bakışından, eğer sinyal transmis çizgisinin yönünde sürekli hızla yayılırsa ve transmis çizgisinin üniformal bir karışık bölümü olduğunu tahmin ederse, sinyal her seferde sabit bir uzunluğu yayılırsa (mesafe gibi sinyal 10ps zaman aralığında yayılır), Sonra, bu nakliye hatının aynı sinyal voltajına yüklenmesini sağlamak için battery'den aynı miktarı yüklemesi gerekiyor. Sinyal sabit bir mesafe yayıldığında, aynı akışı battery'den alınacak ve sinyal voltasyonu sürekli tutulacak. Sinyal yayınlama süreci sırasında, transmisyon çizgisindeki her yerde aynı durum.

Sinyal yayılması sürecinde, transmisyon çizgisinde her yerde sürekli bir sinyal yayılması hızı varsa ve birim uzunluğunda kapasitesi de aynı, sinyal her zaman propagasyon sürecinde tamamen sürekli sürekli sürekli bir impedans görecektir. İmpadans tüm transmis çizgisinde sabit kaldığından beri, bu özellikleri ya da özelliklerini temsil etmek için özellikle bir transmis çizgisinin özellikleri impedansı olarak adlandırıyoruz. İşaretli impedans, sinyal yayınlama çizgisinin üzerinde yayıldığında sinyal tarafından görülen anlık impedans değerine referans ediyor. Sinyal tarafından görülen özellikler impedansı her zaman aynı kalırsa sinyal transmis çizgisine yayılırken, böyle bir transmis çizgisini kontrol edilmiş impedans transmisi çizgisini denir.

İletişim çizgisinin özellikleri, tasarımdaki en önemli faktördür.

İletişim çizgisinin en önemli faktörü sinyal kalitesini etkileyici kısa sürede imfaz veya özellikle imfaz. Eğer yakın sinyal propagasyon aralarındaki impedans sinyal propagasyon aralığı sinyal propagasyon sırasında aynı durumda kalırsa, sinyal çok yavaşça ilerleyebilir ve durum çok basit olur. Eğer yakın sinyal propagasyon aralığı, ya da impedans değişiklikleri arasında fark varsa sinyaldeki enerjinin bir parçası geri refleks edilecek ve sinyal transmisinin devamlığı da yok edilecek.

En iyi sinyal kalitesini sağlamak için sinyal bağlantı tasarımının amacı, iletişim sırasında sinyal tarafından gördüğü impedans mümkün olduğunca sürekli kalacağını sağlamak. Bu genellikle yayınlama hatının sürekli karakteristik engellemesini sağlamak konusunda ifade ediyor. Bu yüzden kontrol edilmiş impedance ile PCB tahtalarının tasarımı ve üretimi daha önemli olur. Parmağın uzunluğunu, terminal eşleştirmesi, küçük zincir bağlantısı veya dalga bağlantısı gibi diğer tasarım triklerine gelince, hepsi sinyalin sürekli sürekli bir anlık impedansı görebileceğine emin olmalıdır.

Özellik impedance hesaplaması

Yukarıdaki basit modelden, sinyal yayınlama sırasında görülen anımsal impedans değerini değerlendirebiliriz. Her propagasyon aralığındaki sinyal tarafından görülen impedance Z'nin temel tanımlamasına uygun.

Z=V/I

Buradaki voltaj V, transmisyon çizgisine eklenmiş sinyal voltasyonu gösteriyor ve şu anda her zaman aralıkta toplam yük δQ'i kullanıyorum.

I=Î'Q/Î't

Transfer çizgisine akışan yük (yük sonunda sinyal kaynağından gelir) yeni eklenmiş sinyal çizgisinin ve sinyal yayınlama sürecinin V voltajına dönüş yolunu yüklemek için kullanılır.

Öyle mi?

Yönlendirme sürecinde belirli bir mesafe yolculuğunda sinyal tarafından sebep olan kapasiteyi, transmit hatının uzunluğuna ve transmit hattına yayılan sinyal hızının U ile birleştirebiliriz. Aynı zamanda, sinyal yolculuğu zaman aralığına katılan U hızı. Yani...

Öyle mi?

Yukarıdaki tüm denklemleri birleştirerek, hemen impedans olarak kullanabiliriz:

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

Anlık impedans birim transmisyon hattı uzunluğuna ve sinyal transmisinin hızına bağlı olduğuna dair görülebilir. Bu da yayınlama çizgisinin özellikle tanımlanabilir. Gerçek impedans Z'den özellikli impedans'ı ayırmak için, 0'ün ünlü özellikle özellik impedans'a eklenmiş. Sinyal iletişim çizgisinin özellikle engellenmesi yukarıdaki türevden alındı:

Z0 = 1/(CL U)

Eğer transmis hatının birim uzunluğuna ve sinyalin yayıldığı hızla sürekli kalırsa, transmis hatının uzunluğunda sürekli karakteristik bir impedansı var. Böyle bir iletişim satırı kontrol edilmiş impedans iletişim satırı denir.

Yukarıdaki kısa açıdan görülebilir ki, kapasitet hakkındaki bazı görünümlü bilgiler yeni keşfedilmiş özellikler impedansı hakkındaki görünümlü bilgi ile bağlantılı olabilir. Diğer sözleriyle, PCB'deki sinyal dönüşü genişletirse, transmis çizgisinin her birim uzunluğunda kapasitet değeri arttırır ve transmis çizgisinin özellikleri engelleyebilir.

İlginç konu

Bazı karışık ifadeler, yayınlama hatlarının özelliğinin engellemesi hakkında sık sık duyulabilir. Yukarıdaki analizi göre, sinyal kaynağı iletişim çizgisine bağlandıktan sonra, transmit çizgisinin özellikle bir değeri görebilirsiniz, mesela 50Ω. Ancak, eğer bir ohmmeter aynı 3 metrelik RG58 kable bağlanırsanız, ölçülü impedans sonsuz.

Sorunun cevabı, her transmis hatının ön tarafından görülen impedans değeri zamanla değişiyor. Eğer kablo impedansı ölçüleme zamanı, sinyal kablo'nun geri ve dışarı çıkması gereken zamanıyla karşılaştırılması için yeterince kısa olursa, kablo'nun kirli impedansını ya da kablo'nun özellikli impedansını ölçülebilirsiniz. Ancak, yeterince zaman bekliyorsanız, enerjinin bir parçası geri refleks edilecek ve ölçüm aracı tarafından tanınacak. Bu zamanda, impedans değişiklikleri keşfetebilir. Normalde, bu süreç, impedance değerine kadar geri ve ileri değişecek. Stable bir durum ulaşılıyor: eğer kabelin sonu açılırsa, son impedans değeri sonsuz ve kabelin sonu kısa devre dönüştürüyse, son impedans değeri sıfır.

3 metre uzunluğu RG58 kabli için impedans ölçü süreci 3 metreden az bir süre içinde tamamlanmalıdır. Zaman Domain Reflectometer (TDR) böyle yapacak. TDR bir yayım hatının dinamik impedansını ölçülebilir. Eğer 3 metrelik bir RG58 kabelin impedansını ölçülemek için 1'lerin zamanlı aralığı gerekirse, sinyal bu zamanlı aralığında milyonlarca kez refleks edildi, sonra impedans değerinde büyük değişiklikten tamamen farklı olabilirsiniz impedans değerinde son sonuç sonuç sonsuzdur, çünkü kabelin terminal a çıktı.