Elektronisches Design - Erkennen Sie die Bedeutung des Impedanzdesigns beim PCBLayout

Was ist Impedanz?

In der Elektrizität, der Widerstand gegen den Strom in Leiterplatte wird oft Impedanz genannt. Die Einheit der Impedanz ist ohm, gewöhnlich ausgedrückt als Z, und ist eine komplexe Zahl:

Z oder R (Omega I L.1 / (C) Omega)

Konkret kann die Impedanz in zwei Teile unterteilt werden, Widerstand (realer Teil) und Reaktanz (imaginärer Teil).

Der Reaktanz umfasst kapazitive und induktive Reaktanz. Die durch Kapazität verursachte Strombehinderung wird kapazitiver Reaktanz genannt, und die durch Induktivität verursachte Strombehinderung wird induktiver Reaktanz genannt.

Ideales Modell für Impedanzanpassung

Die meisten HF-Ingenieure sind auf das Problem der Anpassung von Impedanzen gestoßen. Der Impedanzanpassung soll eine effiziente Übertragung von Signalen oder Energie von der "Quelle" zur "Last" gewährleisten.

Das ZZ-Idealmodell erwartet natürlich, dass die Ausgangsimpedanz des Quellanschlusses 50 Ohms, die Impedanz der Übertragungsleitung 50 Ohms und die Eingangsimpedanz des Lastanschlusses 50 Ohms ganz unten ist, was Z ideal ist.

Die tatsächliche Situation ist jedoch, dass die Quellimpedanz nicht 50ohm ist und die Lastimpedanz nicht 50ohm ist, was mehrere Impedanz-Matching-Schaltungen erfordert.

Und die passende Schaltung besteht aus Induktivität und Kapazität, zu diesem Zeitpunkt müssen wir Kapazität und Induktivität für Impedanz-Matching-Schaltung Debugging verwenden, um eine optimale HF-Leistung zu erzielen.

Impedanz-Matching-Methode

Es gibt zwei Hauptmethoden der Impedanzanpassung, eine besteht darin, die Impedanzkraft zu ändern, die andere besteht darin, die Übertragungsleitung anzupassen.

Um die Impedanzkraft zu ändern, muss der Lastimpedanzwert durch die Reihen- und Parallelschaltung von Kapazität, Induktivität und Last angepasst werden, um die Quelle und Lastimpedanz anzupassen.

Passen Sie die Übertragungsleitung an, um den Abstand zwischen der Quelle und der Last zu verlängern, mit Kapazität und Induktivität, um die Impedanzkraft auf Null einzustellen.

An diesem Punkt wird das Signal nicht ausgestrahlt und die Energie kann von der Last absorbiert werden.

Bei der Hochgeschwindigkeits-PCB-Verdrahtung ist die Verdrahtungsimpedanz des digitalen Signals im Allgemeinen als 50-Ohm ausgelegt. Es wird im Allgemeinen festgelegt, dass das Koaxialkabel-Basisband 50 Ohms ist, das Frequenzband 75 Ohms und das verdrillte Paar (Differenz) 85-100 Ohms ist.

Beispiel für Impedanzanpassung: Ringing

Ich bin einmal auf das Problem des Klingelns bei der Messung elektrischer Signale in einem Projekt gestoßen.

Da jede Übertragungsleitung zwangsläufig Bleiwiderstand, Bleiinduktivität und Streumkapazität aufweist, ist ein Standardimpulssignal nach Durchlaufen einer langen Übertragungsleitung anfällig für Aufwärts- und Klingelphänomene. Eine große Anzahl von Experimenten zeigt, dass Bleiwiderstand die durchschnittliche Amplitude des Pulses verringern kann. Die Existenz von Streumkapazität und Bleiinduktivität ist die Hauptursache für Aufschlag und Klingeln. Unter der Bedingung der gleichen steigenden Zeit der Pulsfront, je höher die Bleiinduktivität ist, desto ernster wird das Aufwärts- und Klingelphänom sein. Je größer die Streumkapazität ist, desto länger ist die Anstiegszeit der Wellenform.

Wenn eine Änderung der Impedanz während der Signalübertragung zu spüren ist, tritt eine Signalreflexion auf. Dieses Signal kann ein Signal des Fahrers oder ein reflektiertes Signal vom entfernten Ende sein. Gemäß der Formel des Reflexionskoeffizienten tritt, wenn das Signal eine kleinere Impedanz fühlt, eine negative Reflexion auf, und die reflektierte negative Spannung führt dazu, dass das Signal einen Downdraft erzeugt. Das Signal wird mehrfach zwischen Fahrer und Fernlast reflektiert, was zu einem Klingeln führt. Die Ausgangsimpedanz der meisten Chips ist sehr niedrig, und wenn die Ausgangsimpedanz kleiner als die charakteristische Impedanz der Leiterplattenverdrahtung ist, wird das Signal unweigerlich klingeln, wenn keine Ende-zu-Ende-Verbindung der Quelle vorhanden ist.

In realen Schaltungen werden die folgenden Methoden verwendet, um Aufschlag und Klingeln zu reduzieren und zu unterdrücken.

(1) Reihenwiderstand. Die Amplitude des Impulses kann durch Verwendung einer Übertragungsleitung mit einem großen Widerstand oder durch künstliches Verbinden eines richtigen Dämpfungswiderstands verringert werden, um den Aufschwung und den Klingelgrad zu verringern. Wenn der Wert des ankommenden Widerstands jedoch zu groß ist, nimmt nicht nur die Pulsamplitude zu stark ab, sondern auch die vordere Kante des Impulses verzögert sich. Daher sollte der Dämpfungswiderstandswert in Reihe angemessen sein, und nicht-induktiver Widerstand sollte ausgewählt werden, und die Verbindungsposition des Widerstands sollte nahe am Empfangsende sein.

(2) Bleiinduktivität verringern. Versuchen Sie, die Bleiinduktivität der Leitung zu reduzieren und Übertragungsleitung ist die grundlegende Methode, das allgemeine Prinzip ist:

Versuchen Sie, die Bleilänge zu verkürzen

Breite des dicken Drahtes und der bedruckten Kupferfolie

Reduzieren Sie den Übertragungsabstand des Signals

Diese Probleme sollten bei der Verwendung der Komponenten mit geringer Induktivität stärker berücksichtigt werden, insbesondere wenn das Impulssignal mit sehr steiler Front übertragen wird

(3) Da die äquivalente Induktivität und Kapazität des Lastkreises auch das sendende Ende beeinflussen können, so dass die Impulswellenform Aufschwung und Klingeln erzeugt, sollten daher die äquivalente Induktivität und Kapazität des Lastkreises minimiert werden. Besonders wenn der Erdungsdraht des Lastkreises zu lang ist, sind die Induktivität und Streumkapazität des Erdungsdrahts beträchtlich, und ihr Einfluss kann nicht ignoriert werden.

(4) Die Signalleitung in der logischen digitalen Schaltung kann den Pull-up-Widerstand und die AC-Klemmenlast erhöhen, wie in Abbildung 6 gezeigt. Ein Pull-up-Widerstand ist verfügbar, um den logischen hohen Pegel des Signals bis zu 5V zu ziehen. Der Zugang zum AC-Klemmlastkreis beeinflusst nicht die Fahrfähigkeit von Nebenflüssen, noch erhöht er die Last der Signalleitung, während das hochfrequente Klingelphänom effektiv unterdrückt werden kann.

Das obige Klingeln hängt nicht nur mit dem Schaltungszustand zusammen, sondern auch eng mit der Anstiegszeit der Impulsfront zusammen. Selbst wenn die Schaltungsbedingungen die gleichen sind, wenn die Anstiegszeit der Impulsfront sehr kurz ist, wird die Spitze des Aufschwungs stark erhöht. Im Allgemeinen wird die Möglichkeit des Aufschwungs und des Klingens für den Impuls mit der Anstiegszeit der Vorderkante weniger als 1 in Betracht gezogen. Daher sollte bei der Auswahl der Impulssignalfrequenz berücksichtigt werden, dass unter der Prämisse der Erfüllung der Geschwindigkeitsanforderungen des Systems das Signal, das die niedrigere Frequenz wählen kann, nicht das Hochfrequenzsignal wählen sollte; Wenn nicht notwendig, sollte nicht übermäßig verlangt werden, dass die Vorderkante des Impulses sehr steil ist. Dies eliminiert grundsätzlich die Auswirkungen und klingelnde audiovisuelle Vorteile.

Anwendung von Smith Kreisdiagramm in RF Matching Schaltung Debugging

Die folgenden Informationen können im Smith-Kreisdiagramm reflektiert werden: Impedanzparameter Z, Eintrittsparameter Y, Qualitätsfaktor Q, Reflexionskoeffizient, Stehwellenkoeffizient, Rauschkoeffizient, Verstärkung, Stabilitätsfaktor, Leistung, Effizienz, Frequenzinformationen und andere Widerstandsparameter.

Ist kein Gesichtsmeng, schauen wir uns immer noch das Impedanzkreisdiagramm an:

Das Prinzip des Impedanzkreisdiagramms besteht darin, die Eins-zu-Eins-Korrespondenz zwischen Eingangsimpedanz und Spannungsreflexionskoeffizient zu verwenden, um normalisierte Eingangsimpedanz im polaren Koordinatensystem des Reflexionskoeffizienten auszudrücken, und seine Eigenschaften werden wie folgt zusammengefasst:

Die Impedanz des oberen Halbkreises ist induktiver Reaktanz und die des unteren Halbkreises ist kapazitiver Reaktanz

Die reale Achse ist reiner Widerstand und der Einheitskreis ist reiner Reaktanz

Die rechte Halbachse der realen Achse sind alle Spannungswellenabbauchpunkte (außer offene Schaltungspunkte), und die linke Halbachse sind Spannungswellenknoten (außer Kurzschlusspunkte).

Matching Point (1,0), Open Circuit Point (â ا, â ا) und Kurzschluss Point (0,0)

Zwei spezielle Kreise: Der mit dem größten Z ist der reine Reaktanzkreis und der eine Tangente zur virtuellen Achse ist der passende Kreis

Es gibt zwei Drehrichtungen: Gegen den Uhrzeigersinn zur Last und im Uhrzeigersinn zur Wellenquelle

Der Eintrittskreisgraph und der Impedanzkreisgraph sind zueinander zentrosymetrisch. Der gleiche Kreisdiagramm kann als Impedanzkreisgraph oder Einlasskreisgraph verwendet werden, aber er kann nicht als Einlasskreisgraph verwendet werden, wenn er während jeder YC-Operation als Impedanzkreisgraph verwendet wird.

Smiths Kreis zeigt einige interessante Merkmale:

Ein variabler Induktor/Kondensator wird in Reihe oder parallel vor der Last geschaltet, wie in den vier Diagrammen auf der linken Seite der Abbildung unten gezeigt, was zu mehreren Kurven auf der rechten Seite des Smith-Kreises führt.

Entsprechend Smith Impedanzkreis und Einlasskreis ist ihre Bewegungsbahn wie folgt:

Bei einem Smith Impedanzkreis dreht sich die Serieninduktivität im Uhrzeigersinn und der Serienkondensator gegen den Uhrzeigersinn

Bei Verwendung von Smith-Einlasskreisen dreht sich die Shunt-Induktivität gegen den Uhrzeigersinn und die Shunt-Kapazität im Uhrzeigersinn