Technologie PCB - Conception de la carte de contrôle d'impédance et caractéristiques de l'interconnexion impédance

Ces dernières années, dans le domaine de la conception à grande vitesse, un problème de plus en plus important a été la conception de cartes à impédance contrôlée et l'impédance caractéristique des lignes d'interconnexion sur les cartes. Cependant, c'est aussi un problème assez déroutant et peu intuitif pour les ingénieurs de conception non électroniques. Même de nombreux ingénieurs en conception électronique sont tout aussi confus à ce sujet.

Impédance caractéristique de la ligne de transmission

Du point de vue de la batterie, une fois que l'Ingénieur de conception a connecté les fils de la batterie à l'extrémité avant de la ligne de transmission, il y a toujours un courant de valeur constante sortant de la batterie et le signal de tension reste stable. On pourrait se demander quel type de composant électronique aurait un tel comportement? Lorsqu'un signal de tension constante est ajouté, il conservera une valeur de courant constante, qui est bien sûr une résistance.

Pour les batteries, un nouveau segment de ligne de transmission de 0,06 pouce sera ajouté à chaque intervalle de temps de 10 PS pendant que le signal se propage le long de la ligne de transmission pour charger à 1 v. La charge nouvellement augmentée obtenue à partir de la batterie assure la stabilité de la batterie. Le courant tire un courant constant de la batterie, la ligne de transmission est équivalente à une résistance, la résistance est constante. Nous appelons cela l'impédance de surtension de la ligne de transmission.

De même, lorsqu'un signal avance le long d'une ligne de transmission, le signal sonde en permanence l'environnement électrique de la ligne de transmission pour chaque distance spécifique parcourue et tente de déterminer l'impédance du signal au fur et à mesure de sa progression. Une fois le signal ajouté à la ligne de transmission et se propageant le long de celle - ci, le signal lui - même vérifie en permanence la quantité de courant nécessaire pour charger la longueur de la ligne de transmission se propageant sur un intervalle de temps de 10 ps et charger cette partie du segment de ligne de transmission à 1 V. C'est la valeur d'impédance instantanée que nous voulons analyser.

Du point de vue de la cellule elle - même, si le signal se propage à vitesse constante en direction de la ligne de transmission et en supposant que la ligne de transmission ait une section uniforme, à chaque fois que le signal se propage sur une longueur fixe (par example la distance parcourue par le signal avec un intervalle de temps de 10 PS), Il faut alors obtenir le même nombre de charges de la batterie pour que cette partie de la ligne de transmission soit chargée à la même tension de signal. Chaque fois que le signal parcourt une distance fixe, le même courant sera obtenu de la batterie et la tension du signal restera constante. Pendant la propagation du signal, l'impédance instantanée est la même partout sur la ligne de transmission.

Au cours de la propagation d'un signal le long d'une ligne de transmission, s'il y a une vitesse constante de propagation du signal partout sur la ligne de transmission et que la capacité par unité de longueur est également la même, le signal verra toujours une impédance instantanée parfaitement cohérente au cours de la propagation. Comme l'impédance reste constante sur toute la ligne de transmission, nous donnons un nom particulier pour désigner cette caractéristique ou caractéristique d'une ligne de transmission particulière, appelée impédance caractéristique de la ligne de transmission. Par impédance caractéristique, on entend la valeur de l'impédance instantanée vue par un signal lorsqu'il se propage le long d'une ligne de transmission. Une telle ligne de transmission est dite à impédance contrôlée si l'impédance caractéristique vue par le signal reste toujours la même lorsqu'il se propage le long de la ligne de transmission.

L'impédance caractéristique de la ligne de transmission est un facteur très important dans la conception

L'impédance instantanée ou caractéristique de la ligne de transmission est un facteur très important qui influence la qualité du signal. Si l'impédance entre les intervalles de propagation des signaux voisins reste constante pendant la propagation du signal, le signal peut se propager très doucement vers l'avant et la situation devient très simple.

Pour assurer une meilleure qualité de signal, l'objectif de la conception de l'interconnexion de signaux est de s'assurer que l'impédance vue lors de la transmission du signal reste aussi constante que possible. Il s'agit principalement de maintenir constante l'impédance caractéristique de la ligne de transmission. Par conséquent, la conception et la fabrication de cartes PCB à impédance contrôlable deviennent de plus en plus importantes. En ce qui concerne toutes les autres astuces de conception, telles que la minimisation de la longueur du doigt, l'adaptation des bornes, les connexions en Daisy ou en dérivation, etc., il s'agit de s'assurer que le signal peut voir une impédance instantanée cohérente.

Calcul de l'impédance caractéristique

A partir du modèle simple ci - dessus, on peut déduire la valeur de l'impédance caractéristique, c'est - à - dire la valeur de l'impédance instantanée vue lors de la transmission du signal. L'impédance Z vue par le signal dans chaque intervalle de propagation coïncide avec la définition de base de l'impédance

Z = V / I

La tension V désigne ici la tension de signal appliquée à la ligne de transmission, tandis que le courant I désigne la quantité de charge totale obtenue de la batterie à chaque intervalle de temps.

I = île Q / île

Les charges circulant dans la ligne de transmission (charges provenant finalement de la source de signal) sont utilisées pour charger à la tension V la capacité C formée entre la ligne de signal nouvellement ajoutée et la voie de retour lors de la propagation du signal, et donc

Île q = v Île C

On peut lier la capacité induite par la propagation d'un signal sur une certaine distance au cours de sa propagation à la valeur de la capacité cl par unité de longueur de la ligne de transmission et à la vitesse U à laquelle le signal est diffusé sur la ligne de transmission. Simultanément, la distance parcourue par le signal est la vitesse u multipliée par l'intervalle de temps. Donc

Île C = Île Club

En combinant toutes les équations ci - dessus, nous pouvons conclure que l'impédance instantanée est:

Z = V / I = V / (île Q / île t) = V /

On voit que l'impédance instantanée est liée à la valeur de la capacité par unité de longueur de ligne de transmission et à la vitesse de transmission du signal. Ceci peut également être artificiellement défini comme l'impédance caractéristique de la ligne de transmission. Pour différencier l'impédance caractéristique de l'impédance réelle Z, on a notamment ajouté un indice 0 à l'impédance caractéristique. L'impédance caractéristique de la ligne de transmission du signal a été obtenue à partir de la dérivation ci - dessus:

Z0 = 1 / (clu)

Si la valeur de la capacité par unité de longueur de la ligne de transmission et la vitesse de propagation du signal sur la ligne de transmission restent constantes, la ligne de transmission a une impédance caractéristique constante sur toute sa longueur. Une telle ligne de transmission est appelée ligne de transmission à impédance contrôlée

Il ressort de la brève description ci - dessus qu'une certaine connaissance intuitive de la capacité peut être liée à une connaissance intuitive de l'impédance caractéristique nouvellement découverte. En d'autres termes, si le câblage du signal dans le PCB est élargi, la valeur de la capacité par unité de longueur de la ligne de transmission augmentera et l'impédance caractéristique de la ligne de transmission pourra être diminuée.

Sujets intéressants

On peut souvent entendre des déclarations confuses sur l'impédance caractéristique des lignes de transmission. Selon l'analyse ci - dessus, après avoir connecté la source de signal à la ligne de transmission, vous devriez être en mesure de voir une certaine valeur de l'impédance caractéristique de la ligne de transmission, par exemple 50 îles. Cependant, si vous connectez l'ohmmètre au même câble rg58 de 3 pieds, l'impédance mesurée est illimitée. La réponse à cette question est que la valeur de l'impédance vue de l'extrémité avant de n'importe quelle ligne de transmission change au fil du temps. L'impédance de surtension du câble ou l'impédance caractéristique du câble peut être mesurée si le temps de mesure de l'impédance du câble est suffisamment court pour être comparé au temps nécessaire à la transmission du signal dans le câble. Cependant, si vous attendez assez longtemps, une partie de l'énergie est réfléchie et détectée par les instruments de mesure. A ce stade, un changement d'impédance peut être détecté. Habituellement, dans ce processus, l'impédance varie d'avant en arrière jusqu'à la valeur de l'impédance. Atteindre l'état stable: la valeur d'impédance finale est infinie si l'extrémité du câble est en circuit ouvert, et nulle si l'extrémité du câble est en court - circuit.

Pour un câble rg58 de 3 pieds de long, le processus de mesure d'impédance doit être effectué dans un intervalle de temps inférieur à 3 NS. C'est ce que fera un réflectomètre dans le domaine temporel (TDR), qui peut mesurer l'impédance dynamique d'une ligne de transmission. Si la mesure de l'impédance d'un câble rg58 de 3 pieds prend un intervalle de temps de 1 s pendant lequel le signal a été réfléchi des millions de fois, vous obtiendrez probablement une valeur d'impédance complètement différente de la grande variation d'impédance, et le résultat final est infini, car les bornes du câble sont en circuit ouvert.

Ci - dessus est une description de la conception de l'impédance de contrôle PCB et de l'impédance des caractéristiques d'interconnexion