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PCB科技 - 高速PCB設計指南十:特性阻抗問題

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高速PCB設計指南十:特性阻抗問題

2021-08-19
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Author:IPCB

在裡面 高速 <一 href=“一_href_0" t一r收到="_bl一nk" t它le="pcb 設計">設計, 這個 特徵 阻抗 屬於 這個 可控的 阻抗 bo一rd 和 環行 麻煩事 許多的 中國人 工程師. 這 文章 介紹 這個 基本的 内容, 計算 和 量測 方法 屬於 特徵 阻抗 通過 一 易於理解的 和 直覺的 方法.

在裡面 高速設計, 這個 特徵 阻抗 屬於 可控的 阻抗 bo一rds 和 線 是 一 屬於 這個 最 重要的 和 常見的 問題. 第一 懂 這個 釋義 屬於 一 傳輸 生產線: 一 傳輸 線 是 組成 屬於 二 導體 具有 一 某些 長, 一 導體 是 習慣於 到 郵寄 訊號, 和 這個 另外 是 習慣於 到 接收 訊號 (remem是r 這個 概念 屬於 “迴圈” 相反 屬於 "ground"). 在裡面 一 多層膜 bo一rd, 每個 線 是 一 組成部分 屬於 這個 傳輸 線, 和 這個 相鄰 參攷 飛機 可以 是 習慣於 像 這個 第二 線 或 環. 這個 鑰匙 到 一 線 相配的 一 “很好 “效能” 傳輸 線 是 到 保持 它的 特徵 阻抗 常數 自始至終 這個 線.


這個 鑰匙 到 這個 環行 <一 href="一_href_1" t一rget="_bl一nk" t它le="pcb bo一rd"> 相配的 一 “可控 阻抗 bo一rd" 是 到 製作 這個 特徵 阻抗 屬於 全部的 電路 滿足 一 明確規定 價值, 通常 之間 2.5 歐姆 和 70 歐姆. 在裡面 一 多層膜 環行 bo一rd, 這個 鑰匙 到 好的 傳輸 線 表演 是 到 保持 它的 特徵 阻抗 常數 自始至終 這個 線.


但是什麼是特性阻抗? 瞭解特性阻抗的最簡單方法是查看訊號在傳輸過程中遇到的情况。 當沿著具有相同橫截面的傳輸線移動時,這類似於圖1所示的微波傳輸。 假設向該傳輸線添加1伏的電壓階躍波。 例如,1伏蓄電池連接到傳輸線的前端(位於傳輸線和回路之間)。 一旦連接,電壓波訊號將以光速沿線路傳播。 傳播時,其速度通常約為6英寸/納秒。 當然,這個訊號實際上是傳輸線和環路之間的電壓差,可以從傳輸線的任何點和環路的相鄰點量測。 圖2是電壓訊號的傳輸的示意圖。


禪宗的方法是首先“產生一個訊號”,然後以每納秒6英寸的速度沿著這條傳輸線傳播它。 第一個0.01納秒前進0.06英寸。 此時,發送線具有過多的正電荷,環路具有過多的負電荷。 正是這兩種電荷之間的差异維持了兩個導體之間的1伏電壓差。 這兩個導體形成一個電容器。

在接下來的0.01納秒內,要將0.06英寸傳輸線的電壓從0調整到1伏,必須向傳輸線添加一些正電荷,向接收線添加一些負電荷。 每移動0.06英寸,必須向傳輸線添加更多正電荷,向回路添加更多負電荷。 每0.01納秒,傳輸線的另一段必須充電,然後訊號開始沿著該段傳播。 電荷來自傳輸線前端的電池。 當沿著這條線移動時,它會對傳輸線的連續部分充電,從而在傳輸線和環路之間形成1伏的電壓差。 每前進0.01納秒,就會從電池中獲得一些電荷(±Q),並且在恒定時間間隔(±t)內從電池中流出的恒定功率(±Q)是恒定電流。 流入回路的負電流實際上與流出的正電流相同,它正好位於訊號波的前端。 交流電流通過由上下線形成的電容器,結束整個迴圈。

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線路阻抗

對於電池,當訊號沿傳輸線傳播時,連續的0.06英寸傳輸線段每0.01納秒充電一次。 當從電源獲得恒定電流時,傳輸線看起來像一個阻抗,其阻抗值是恒定的,這可以稱為傳輸線的“浪湧阻抗”。


類似地,當訊號在下一步之前,在0.01納秒內沿線路傳播時,哪個電流可以將該步驟的電壓新增到1伏? 這涉及暫態阻抗的概念。


從電池的角度來看,如果訊號以穩定的速度沿著傳輸線傳播,並且傳輸線具有相同的橫截面,則在0.01納秒內的每一步都需要相同的電量才能產生相同的訊號電壓。 當沿著這條線走的時候,它會產生相同的暫態阻抗,這被視為傳輸線的特性,被稱為特性阻抗。 如果在傳輸過程的每個步驟中訊號的特性阻抗相同,則傳輸線可以視為可控阻抗傳輸線。


暫態阻抗或特性阻抗對訊號傳輸的質量非常重要。 在傳輸過程中,如果下一步的阻抗與上一步的阻抗相等,則工作可以順利進行,但如果阻抗發生變化,則會出現一些問題。


在裡面 順序 到 實現 這個 是st 訊號 qual它y, 這個 設計 球門 屬於 這個 在裡面ternal 聯系 是 到 保持 這個 阻抗 像 穩定的 像 可能的 在期間 這個 訊號 transm是sion 過程. 第一, 這個 特徵 阻抗 屬於 這個 傳輸 線 必須 是 保持 穩定的. 這個re對於e, 這個 生產 屬於 可控的 阻抗 板s 是來 更多 和 更多 重要的. 在裡面 添加它ion, o這個r 方法s 這樣的 像 這個 最短的 rema在裡面在裡面g 金屬絲 長, 終止 移動 和 整體 金屬絲 使用 是 而且 習慣於 到 ma在裡面ta在裡面 這個 穩定性 屬於 這個 瞬間的 阻抗 在裡面 訊號 傳輸.


特性阻抗量測

當電池連接到傳輸線時(假設當時阻抗為50歐姆),將歐姆錶連接到3英尺長的RG58光纜。 此時如何量測無限阻抗? 任何傳輸線的阻抗都與時間有關。 如果在短於光纜反射的時間內量測光纜的阻抗,則量測的是“浪湧”阻抗或特性阻抗。 但是,如果你等待足够長的時間,直到能量被反射回來並被接收,量測後就會發現阻抗發生變化。 一般來說,阻抗值在上下反彈後會達到一個穩定的極限值。


對於3英尺長的光纜,阻抗量測必須在3納秒內完成。 TDR公司(時域反射計)可以做到這一點,它可以量測傳輸線的動態阻抗。 如果在1秒內量測3英尺光纖電纜的阻抗,訊號將來回反射數百萬次,從而產生不同的“浪湧”阻抗。


特性阻抗計算

簡單特性阻抗模型:Z=五、/我,Z代表訊號傳輸過程中每一步的阻抗,五、代表訊號進入傳輸線時的電壓,我代表電流。 I=±Q/t,Q表示電,t表示每一步的時間。

電(來自電池):±Q=±C*V,C表示電容,V表示電壓。 電容可以從組織長度的傳輸線容量氯和訊號傳送速率v中得出。組織引脚的長度值被視為速度,然後乘以每個步驟所需的時間t,然後得到公式:±C=CL*v*(±)t。

綜合以上各項,我們可以得到特性阻抗:


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

可以看出,特性阻抗與傳輸線的組織長度容量和訊號傳送速率有關。 為了區分特性阻抗與實際阻抗Z,我們在Z後加上0。傳輸線的特性阻抗為:Z0=1/(CL*v)

如果 這個 capac它y 每 單元 長 屬於 這個 transm是sion 線 和 這個 訊號 傳輸 速度 rema在裡面 un改變d, 這個 特徵 阻抗 屬於 這個 transm是sion 線 而且 rema在裡面s 未更改. Th是 易於理解的 explan在ion 可以 連接 常見的 感覺 屬於 電容 具有 這個 最近 d是covered character是tic 阻抗 這個或y. 如果 這個 容量 每 單元 長 屬於 這個 傳輸 線 是 增長d, 這樣的 像 增稠 這個 傳輸 線, 特性阻抗 屬於 這個 傳輸 線 可以 是 减少.