Diseño electrónico - Reconocer la importancia del diseño de resistencia en el diseño de PCB

¿¿ qué es la resistencia?

En electricidad, la resistencia a la corriente eléctrica en una placa de circuito impreso generalmente se llama resistencia. La unidad de la resistencia es ohm, generalmente representada como z, y es un número complejo:

Z = R (omega I L - 1 / (c) omega)

Específicamente, la resistencia se puede dividir en dos partes, la resistencia (parte real) y la reactancia (parte virtual).

La reactancia incluye la reactancia capacitiva y la reactancia inductiva. La obstrucción de la corriente causada por el capacitor se llama resistencia capacitiva, y la obstrucción de la corriente causada por la inducción se llama resistencia inductiva.

Modelo ideal para la coincidencia de impedancias

La mayoría de los ingenieros de radiofrecuencia han encontrado problemas de emparejamiento de resistencia. En palabras laicas, la coincidencia de resistencia es para garantizar una transmisión efectiva de la señal o energía de la "fuente" a la "carga".

Por supuesto, el modelo ideal de ZZ espera una resistencia de salida de 50 Ohm en el extremo de la fuente, una resistencia de 50 Ohm en la línea de transmisión y una resistencia de entrada de 50 Ohm en el extremo de la carga. este es el ideal de Z.

Sin embargo, la realidad es que la resistencia de la fuente no será de 50 Ohm y la resistencia de la carga no será de 50 ohm, lo que requiere varios circuitos de coincidencia de resistencia.

El circuito de emparejamiento está compuesto por inductores y condensadores. en este momento, necesitamos usar condensadores e inductores para depurar el circuito de emparejamiento de resistencia para lograr el mejor rendimiento de radiofrecuencia.

Método de emparejamiento de Resistencia

Hay dos métodos principales para emparejar la resistencia, uno es cambiar la fuerza de resistencia y el otro es ajustar la línea de transmisión.

Cambiar la fuerza de resistencia es ajustar el valor de la resistencia de la carga a través de la serie y derivación de condensadores, inductores y cargas para que coincida con la resistencia de la fuente y la resistencia de la carga.

Ajustar la línea de transmisión es prolongar la distancia entre la fuente de alimentación y la carga, ajustando la fuerza de resistencia a cero con condensadores e inductores.

En este punto, la señal no se emitirá y la energía se puede absorber por la carga.

En el cableado de PCB de alta velocidad, la resistencia del cableado de la señal digital suele diseñarse en 50 ohms. En general, se estipula que la Banda base del cable concéntrico es de 50 ohm, la banda de frecuencia es de 75 Ohm y el par trenzado (diferencia) es de 85 - 100 ohm.

Ejemplo de coincidencia de resistencia: sonando

Una vez tuve un problema de sonar cuando medié la señal eléctrica en un proyecto.

Debido a que cualquier línea de transmisión tiene inevitablemente resistencias de alambre, inductores de alambre y condensadores disipadores, la señal de pulso estándar es propensa a oleadas y resonancias después de pasar por la línea de transmisión de larga distancia. Un gran número de experimentos han demostrado que la resistencia del cable puede reducir la amplitud media del pulso. La existencia de condensadores dispersos e inductores de alambre es la causa fundamental del aumento y la campana. Con el mismo tiempo de subida en el frente del pulso, cuanto mayor sea la inducción del alambre, más grave será el fenómeno de oleadas y zumbidos. cuanto mayor sea la capacidad dispersa, mayor será el tiempo de subida de la forma de onda. a medida que aumente la resistencia del alambre, menor será la amplitud del pulso.

Si se siente un cambio en la resistencia durante la transmisión de la señal, se producirá un reflejo de la señal. La señal puede ser una señal del conductor o una señal reflejada desde el extremo lejano. Según la fórmula del coeficiente de reflexión, cuando la señal siente una menor resistencia, se produce una reflexión negativa, y el voltaje negativo reflejado hace que la señal produzca un flujo de aire inferior. La señal se refleja varias veces entre el conductor y la carga remota, generando así una señal de timbre. La resistencia de salida de la mayoría de los chips es muy baja, y si la resistencia de salida es menor que la resistencia característica del cableado de pcb, la señal sonará inevitablemente sin conexión de fuente a extremo.

En el circuito real, se utilizan los siguientes métodos para reducir y inhibir la carrera ascendente y las campanas.

(1) resistencia en serie. La amplitud del pulso se puede reducir mediante el uso de líneas de transmisión con grandes resistencias o mediante la conexión manual de resistencias de amortiguación adecuadas, lo que reduce el grado de oleadas y resonancias. Sin embargo, cuando el valor de la resistencia de entrada es demasiado grande, no solo la amplitud del pulso se reduce demasiado, sino que el frente del pulso también se retrasa. Por lo tanto, el valor de la resistencia de amortiguación de la serie debe ser adecuado, la resistencia sin inducción debe seleccionarse y la posición de conexión de la resistencia debe estar cerca del extremo receptor.

(2) reducir la inducción del cable. Minimizar la inducción del cable es el método básico de la línea y la línea de transmisión. el principio general es:

Minimizar la longitud del cable

Ancho del alambre grueso y de la lámina de cobre impresa

Reducir la distancia de transmisión de la señal

Se debe prestar más atención a estos problemas cuando se utilizan componentes con pequeños inductores, especialmente cuando se transmiten señales de pulso con frentes muy empinados.

(3) dado que la inducción y el capacitor equivalentes del Circuito de carga también pueden afectar al extremo de transmisión, lo que hace que la forma de onda del pulso genere oleadas y resonancias, se debe minimizar la inducción y el capacitor equivalentes del Circuito de carga. Especialmente cuando el cable de tierra del Circuito de carga es demasiado largo, la inducción y el capacitor disperso del cable de tierra son bastante grandes, y su impacto no puede ser ignorado.

(4) el cable de señal en el circuito digital lógico puede aumentar la resistencia de tracción y la carga del extremo ac, como se muestra en la figura 6. La resistencia de tracción superior se puede utilizar para elevar el alto nivel lógico de la señal a 5v. El acceso al circuito de carga del extremo AC no afectará la capacidad de conducción de la rama, ni aumentará la carga de la línea de señal, al tiempo que puede inhibir eficazmente el fenómeno de las campanas de alta frecuencia.

Las campanas anteriores no solo están relacionadas con las condiciones del circuito, sino también con el tiempo de subida del Frente del pulso. Incluso si las condiciones del circuito son las mismas, cuando el tiempo de subida del Frente del pulso es muy corto, el pico del pico aumentará considerablemente. En general, para los pulsos con un tiempo de subida de la frontera inferior a 1, se considera la posibilidad de oleadas y campanas. Por lo tanto, en la selección de la frecuencia de la señal de pulso, se debe considerar que la señal que puede seleccionar una frecuencia más baja no debe seleccionar una señal de alta frecuencia bajo la premisa de cumplir con los requisitos de velocidad del sistema; Si no es necesario, no se debe exigir en exceso que la frontera del pulso sea muy empinada. Esto elimina fundamentalmente los efectos y los beneficios audiovisuales de las campanas.

Aplicación del gráfico circular Smith en la puesta en marcha del Circuito de coincidencia de radiofrecuencia

El gráfico circular de Smith puede reflejar la siguiente información: parámetro de Resistencia z, parámetro de admisión y, factor de calidad q, coeficiente de reflexión, coeficiente de onda permanente, coeficiente de ruido, ganancia, factor de estabilidad, potencia, eficiencia, información de frecuencia y otros parámetros de resistencia.

No es una máscara facial, todavía miramos el círculo de resistencia:

El principio del gráfico circular de resistencia es utilizar la relación de correspondencia uno a uno entre la resistencia de entrada y el coeficiente de reflexión de voltaje para expresar la resistencia de entrada normalizada en el sistema de Coordenadas polares del coeficiente de reflexión, cuyas características se resumen de la siguiente manera:

La resistencia del semicírculo superior es la resistencia inductiva y la resistencia del semicírculo inferior es la resistencia capacitiva.

El eje real es resistencia pura, y el círculo unitario es reactancia pura.

El medio eje derecho del eje real es el punto de red de voltaje (excepto el punto de circuito abierto), y el medio eje izquierdo es el nodo de onda de voltaje (excepto el punto de cortocircuito).

Punto de coincidencia (1,0), punto de apertura (à, à) y punto de cortocircuito (0,0)

Dos círculos especiales: el círculo más grande de Z es el círculo de reactancia pura, y el círculo que es perpendicular al eje virtual es el círculo de coincidencia.

Hay dos direcciones de rotación: girar en sentido contrario a las agujas del reloj a la carga y en sentido contrario a las agujas del reloj a la fuente de onda

El círculo de admisión y el círculo de Resistencia son simétricos entre sí. El mismo gráfico circular se puede utilizar como gráfico circular de resistencia o gráfico circular de admisión, pero no como gráfico circular de admisión si se utiliza como gráfico circular de resistencia durante cada operación yc.

El círculo de Smith muestra algunas características interesantes:

Los inductores / condensadores variables están conectados en serie o en paralelo antes de la carga, como se muestra en las cuatro imágenes a la izquierda de la siguiente imagen, generando así múltiples curvas a la derecha del círculo Smith.

Correspondiendo al círculo de resistencia Smith y al círculo de admisión, sus trayectorias de movimiento son las siguientes:

Para el círculo de resistencia de smith, los inductores de serie giran en el sentido de las agujas del reloj y los condensadores de serie giran en el sentido contrario a las agujas del reloj.

Cuando se utiliza el círculo de admisión smith, el inductor paralelo gira en sentido contrario a las agujas del reloj y el capacitor paralelo gira en sentido contrario a las agujas del reloj.