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Technologie PCB
Guide de conception des PCB à grande vitesse X: problèmes d'impédance caractéristique
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Guide de conception des PCB à grande vitesse X: problèmes d'impédance caractéristique

Guide de conception des PCB à grande vitesse X: problèmes d'impédance caractéristique

2021-08-19
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Author:IPCB

In high-speed design, Impédance caractéristique Calcul de l'impédance contrôlable Plaque Les circuits électriques ont également dérangé de nombreux ingénieurs chinois. This article introduces the basic properties, Calcul et mesure de l'impédance caractéristique par une méthode simple et intuitive.

In high-speed design, Impédance caractéristique Impédance contrôlable Plaques and lines is one of the most important and common problems. Comprendre d'abord la définition de la ligne de transmission: la ligne de transmission se compose de deux conducteurs d'une certaine longueur, one conductor is used to send signals, and the other is used to receive signals (remember the concept of "loop" instead of "ground"). In a multilayer Plaque, Chaque ligne fait partie intégrante de la ligne de transmission, and the adjacent reference plane can be used as the second line or loop. La clé pour que la ligne devienne une ligne de transmission « haute performance» est de maintenir son impédance caractéristique constante tout au long de la ligne..


The key to the circuit Plaque Devient "impédance contrôlable" Plaque"C'est pour Impédance caractéristique L'un des circuits correspond à la valeur spécifiée, usually between 25 ohms and 70 ohms. Dans les circuits multicouches Plaque, the key to good transmission line performance is to keep its characteristic impedance constant throughout the line.


Mais qu'est - ce que c'est? Impédance caractéristique? The easiest way to understand characteristic impedance is to look at what the signal encounters during transmission. Lorsqu'il se déplace le long d'une ligne de transmission ayant la même section transversale, this is similar to the microwave transmission shown in Figuesure 1. Supposons qu'une onde de pas de tension de 1 volt soit ajoutée à cette ligne de transmission.. For example, a 1 volt battery is connected to the front end of the transmission line (it is located between the transmission line and the loop). Une fois connecté, the voltage wave signal travels along the line at the speed of light. Diffusion, its speed is usually about 6 inches/Nanoseconde. Of course, Ce signal est en fait la différence de tension entre la ligne de transmission et la boucle, and it can be measured from any point of the transmission line and the adjacent point of the loop. Fig. 2 is a schematic diagram of the transmission of the voltage signal.


La méthode de zen consiste d'abord à "générer un signal" et ensuite à se propager le long de cette ligne de transmission à une vitesse de 6 pouces par nanoseconde. Le premier 0,01 nanoseconde avance de 0,06 pouce. À ce stade, la ligne de transmission a une charge positive excédentaire et la boucle a une charge négative excédentaire. C'est la différence entre ces deux charges qui maintient la différence de tension de 1 volt entre les deux conducteurs. Les deux conducteurs forment un condensateur.

Pour régler la tension de la ligne de transmission de 0,06 pouce de 0 à 1 volt au cours des 0,01 nanosecondes suivantes, une charge positive doit être ajoutée à la ligne de transmission et une charge négative à la ligne de réception. Pour chaque mouvement de 0,06 pouce, une charge plus positive doit être ajoutée à la ligne de transmission et une charge plus négative à la boucle. Toutes les 0,01 nanosecondes, l'autre partie de la ligne de transmission doit être chargée, puis le signal commence à se propager le long de cette partie. La charge provient de la batterie à l'avant de la ligne de transmission. Lorsqu'il se déplace le long de cette ligne, il charge la partie continue de la ligne de transmission, créant ainsi une différence de tension de 1 volt entre la ligne de transmission et la boucle. Chaque 0,01 nanoseconde vers l'avant, une certaine charge (q) est obtenue à partir de la batterie, et la puissance constante (q) qui s'écoule de la batterie à un intervalle de temps constant (t) est un courant constant. Le courant négatif entrant dans la boucle est en fait le même que le courant positif sortant de la boucle, qui se trouve juste à l'avant de l'onde de signal. Le courant alternatif traverse les condensateurs formés par les lignes supérieure et inférieure pour mettre fin à tout le cycle.

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Impédance de la ligne

Dans le cas des piles, la Section de transmission continue de 0,06 pouce est chargée toutes les 0,01 nanosecondes lorsque le signal se déplace le long de la ligne de transmission. Lorsqu'un courant constant est obtenu à partir d'une source d'énergie, la ligne de transmission ressemble à une impédance dont la valeur d'impédance est constante, ce qui peut être appelé "impédance de surtension" de la ligne de transmission.


De même, lorsque le signal se déplace le long de la ligne en 0,01 nanoseconde avant l'étape suivante, quel courant peut augmenter la tension à cette étape à 1 volt? Il s'agit du concept d'impédance instantanée.


From the perspective of the battery, Si le signal se propage le long de la ligne de transmission à une vitesse constante, and the transmission line has the same cross-section, Les mêmes frais sont exigés pour chaque étape de 0.01 nanoseconds to generate the same signal voltage. En suivant cette ligne,, it will produce the same instantaneous impedance, Ceci est considéré comme une caractéristique de la ligne de transmission et est appelé Impédance caractéristique. Si Impédance caractéristique of the signal in each step of the transmission process is the same, La ligne de transmission est ensuite considérée comme une ligne de transmission à impédance contrôlée.


L'impédance instantanée ou caractéristique est importante pour la qualité de la transmission du signal. Au cours de la transmission, si l'impédance de l'étape suivante est égale à l'impédance de l'étape précédente, le travail peut se dérouler sans heurt, mais si l'impédance change, des problèmes peuvent survenir.


In order to achieve the best signal quality, the design goal of the internal connection is to keep the impedance as stable as possible during the signal transmission process. First, Impédance caractéristique Le fonctionnement des lignes de transmission doit être stable.. Therefore, Génération d'impédance contrôlable PlaqueS devient de plus en plus important. In addition, Autres méthodes, telles que la longueur minimale restante du fil, Afin de maintenir la stabilité de l'impédance instantanée dans la transmission du signal, l'enlèvement des extrémités et l'utilisation de fils entiers sont également utilisés..


Mesure de l'impédance caractéristique

Lorsque la batterie est connectée à la ligne de transmission (en supposant une impédance de 50 ohms à ce moment - là), connectez un ohmmètre à un câble optique rg58 de 3 pieds de long. Comment mesurer l'impédance infinie à ce stade? L'impédance de toute ligne de transmission dépend du temps. Si l'impédance d'un câble à fibre optique est mesurée sur une période plus courte que le temps de réflexion du câble à fibre optique, l'impédance de « surtension» ou l'impédance caractéristique est mesurée. Cependant, si vous attendez assez longtemps pour que l'énergie soit réfléchie et reçue, l'impédance change après la mesure. En général, les valeurs d'impédance atteignent une limite stable après un rebond vers le haut et vers le bas.


Pour les câbles optiques de 3 pieds de long, la mesure de l'impédance doit être effectuée en 3 nanosecondes. Le TDR (Time Domain Reflectometer) peut le faire en mesurant l'impédance dynamique de la ligne de transmission. Si l'impédance d'un câble à fibre optique de 3 pieds est mesurée en une seconde, le signal est réfléchi des millions de fois à l'avenir, ce qui donne une impédance de « surtension » différente.


Calculation of characteristic impedance

Modèle d'impédance caractéristique simple: z = V / I, z représente l'impédance à chaque étape du processus de transmission du signal, V représente la tension lorsque le signal entre dans la ligne de transmission, et I représente le courant. I = Q / t, Q pour l'électricité, T pour le temps de chaque étape.

Électricité (de la batterie): q = c * V, c Représente la capacité, V représente la tension. La capacité peut être obtenue à partir de la capacité de la ligne de transmission cl par Unit é de longueur et de la vitesse de transmission du signal v. la valeur de la longueur par unité de broche est considérée comme la vitesse, puis multipliée par le temps t nécessaire à chaque étape, et la formule suivante est obtenue: Δc = Cl * v * (Δ±) T.

En combinaison avec ce qui précède, nous pouvons obtenir l'impédance caractéristique:


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

On peut voir que l'impédance caractéristique est liée à la capacité de longueur unitaire de la ligne de transmission et à la vitesse de transmission du signal. Pour distinguer l'impédance caractéristique de l'impédance réelle Z, nous ajoutons 0 après Z. l'impédance caractéristique de la ligne de transmission est: Z0 = 1 / (CL * v)

If the capacity per unit length of the transmission line and the signal transmission speed remain unchanged, Impédance caractéristique La longueur de la ligne de transmission reste également inchangée.. This simple explanation can connect common sense of capacitance with the newly discovered characteristic impedance theory. Si la capacité de la ligne de transmission augmente par Unit é de longueur, Comme l'épaississement des lignes de transmission, Impédance caractéristique of the transmission line can be reduced.