El problema de impedancia característico de la tecnología de placa de circuito impreso de fuente de alimentación en diseño de alta velocidad

2020-07-30 17:20:54 hongling

El problema de impedancia característico de la tecnología de placa de circuito impreso de fuente de alimentación en diseño de alta velocidad




En el diseño de alta velocidad, la impedancia característica de la placa y el circuito de impedancia controlable preocupa a muchos ingenieros chinos. Este artículo presenta las propiedades básicas, los métodos de cálculo y medición de la impedancia característica a través de un método simple e intuitivo.




    En el diseño de alta velocidad, la impedancia característica de las tarjetas y circuitos de impedancia controlable es uno de los problemas más importantes y comunes. Primero, comprenda la definición de una línea de transmisión: una línea de transmisión se compone de dos conductores con una cierta longitud, un conductor se usa para enviar señales y el otro se usa para recibir señales (recuerde el concepto de "bucle" en lugar de "tierra"). En una placa multicapa, cada línea es un componente de la línea de transmisión, y el plano de referencia adyacente puede usarse como la segunda línea o bucle. La clave para que una línea se convierta en una línea de transmisión de "buen rendimiento" es mantener constante su impedancia característica en toda la línea.




    La clave para que una placa de circuito se convierta en una "placa de impedancia controlable" es hacer que la impedancia característica de todos los circuitos cumpla un valor especificado, generalmente entre 25 ohmios y 70 ohmios. En una placa de circuito multicapa, la clave para un buen rendimiento de la línea de transmisión es mantener constante su impedancia característica en toda la línea.


Pero, ¿qué es la impedancia característica? La forma más fácil de comprender la impedancia característica es observar lo que encuentra la señal durante la transmisión. Cuando se mueve a lo largo de una línea de transmisión con la misma sección transversal, esto es similar a la transmisión de microondas que se muestra en la Figura 1. Suponga que se agrega una onda de voltaje de 1 voltio a esta línea de transmisión. Por ejemplo, una batería de 1 voltio está conectada al extremo frontal de la línea de transmisión (se encuentra entre la línea de transmisión y el bucle). Una vez conectada, la señal de onda de voltaje viaja a lo largo de la línea a la velocidad de la luz. Para la propagación, su velocidad suele ser de aproximadamente 6 pulgadas / nanosegundo. Por supuesto, esta señal es de hecho la diferencia de voltaje entre la línea de transmisión y el bucle, y se puede medir desde cualquier punto de la línea de transmisión y el punto adyacente del bucle. La figura 2 es un diagrama esquemático de la transmisión de la señal de voltaje.




    El método de Zen es primero "generar una señal" y luego propagarla a lo largo de esta línea de transmisión a una velocidad de 6 pulgadas por nanosegundo. El primer 0.01 nanosegundo ha avanzado 0.06 pulgadas. En este momento, la línea de envío tiene un exceso de carga positiva y el circuito tiene un exceso de carga negativa. Es la diferencia entre estas dos cargas lo que mantiene la diferencia de voltaje de 1 voltio entre los dos conductores. Y estos dos conductores forman un condensador.






    En los próximos 0.01 nanosegundos, para ajustar el voltaje de una línea de transmisión de 0.06 pulgadas de 0 a 1 volt, es necesario agregar algo de carga positiva a la línea de transmisión y algo de carga negativa a la línea de recepción. Por cada 0.06 pulgadas de movimiento, se debe agregar más carga positiva a la línea de transmisión, y se debe agregar más carga negativa al bucle. Cada 0.01 nanosegundos, se debe cargar otra sección de la línea de transmisión, y luego la señal comienza a propagarse a lo largo de esta sección. La carga proviene de la batería en la parte delantera de la línea de transmisión. Cuando se mueve a lo largo de esta línea, carga la parte continua de la línea de transmisión, formando así una diferencia de voltaje de 1 voltio entre la línea de transmisión y el bucle. Cada 0,01 nanosegundos de avance, se obtiene algo de carga (± Q) de la batería, y la potencia constante (± Q) que fluye fuera de la batería en un intervalo de tiempo constante (± t) es una corriente constante. La corriente negativa que fluye hacia el circuito es en realidad la misma que la corriente positiva que fluye hacia afuera, y está justo en el extremo frontal de la onda de señal. La corriente CA pasa a través del condensador formado por las líneas superior e inferior para finalizar todo el ciclo.






    Impedancia de línea




    Para las baterías, cuando la señal se propaga a lo largo de la línea de transmisión, el segmento continuo de la línea de transmisión de 0.06 pulgadas se carga cada 0.01 nanosegundos. Cuando se obtiene una corriente constante de la fuente de alimentación, la línea de transmisión se ve como un dispositivo de impedancia, y su valor de impedancia es constante, lo que se puede llamar la "impedancia de sobretensión" de la línea de transmisión.




    De manera similar, cuando la señal se propaga a lo largo de la línea, antes del siguiente paso, dentro de 0.01 nanosegundos, ¿qué corriente puede aumentar el voltaje de este paso a 1 voltio? Esto implica el concepto de impedancia instantánea.




    Desde la perspectiva de la batería, si la señal se propaga a lo largo de la línea de transmisión a una velocidad estable, y la línea de transmisión tiene la misma sección transversal, entonces se requiere la misma cantidad de carga para cada paso en 0.01 nanosegundos para generar el mismo voltaje de señal. Al recorrer esta línea, producirá la misma impedancia instantánea, que se considera una característica de la línea de transmisión, llamada impedancia característica. Si la impedancia característica de la señal en cada paso del proceso de transmisión es la misma, entonces la línea de transmisión puede considerarse como una línea de transmisión de impedancia controlable.




    La impedancia instantánea o la impedancia característica es muy importante para la calidad de la transmisión de la señal. En el proceso de transferencia, si la impedancia del siguiente paso es igual a la impedancia del paso anterior, el trabajo puede continuar sin problemas, pero si la impedancia cambia, se producirán algunos problemas.




    Para lograr la mejor calidad de señal, el objetivo del diseño de la conexión interna es mantener la impedancia lo más estable posible durante el proceso de transmisión de la señal. Primero, la impedancia característica de la línea de transmisión debe mantenerse estable. Por lo tanto, la producción de tableros de impedancia controlables se vuelve cada vez más importante. Además, otros métodos, como la longitud de cable restante más corta, la eliminación final y el uso completo del cable, también se utilizan para mantener la estabilidad de la impedancia instantánea en la transmisión de la señal.




    Cálculo de la impedancia característica.




    Modelo de impedancia característica simple: Z = V / I, Z representa la impedancia de cada paso en el proceso de transmisión de la señal, V representa el voltaje cuando la señal ingresa a la línea de transmisión e I representa la corriente. I = ± Q / ± t, Q representa la potencia yt representa el tiempo de cada paso.




    Electricidad (de la batería): ± Q = ± C × V, C representa la capacitancia y V representa el voltaje. La capacitancia se puede derivar de la capacidad de la línea de transmisión por unidad de longitud CL y la velocidad de transmisión de la señal v. La longitud del pin de la unidad se considera como la velocidad, y luego se multiplica por el tiempo t requerido para cada paso, luego se obtiene la fórmula: ± C = CL × v × (±) t. Combinando los elementos anteriores, podemos obtener la impedancia característica: Z = V / I = V / (± Q / ± t) = V / (± C × V / ± t) = V / (CL × v × (±) t × V / ± t) = 1 / (CL × v )




    Se puede ver que la impedancia característica está relacionada con la capacidad de longitud de la unidad de la línea de transmisión y la velocidad de transmisión de la señal. Para distinguir la impedancia característica de la impedancia real Z, agregamos 0 después de Z. La impedancia característica de la línea de transmisión es: Z0 = 1 / (CL × v)




    Si la capacidad por unidad de longitud de la línea de transmisión y la velocidad de transmisión de la señal permanecen sin cambios, la impedancia característica de la línea de transmisión también permanece sin cambios. Esta explicación simple puede conectar el sentido común de capacitancia con la teoría de impedancia característica recién descubierta. Si se aumenta la capacidad por unidad de longitud de la línea de transmisión, como el engrosamiento de la línea de transmisión, se puede reducir la impedancia característica de la línea de transmisión.




    Medida de impedancia característica




    Cuando la batería esté conectada a la línea de transmisión (suponiendo que la impedancia sea de 50 ohmios en ese momento), conecte el ohmímetro al cable óptico RG58 de 3 pies de largo. ¿Cómo medir la impedancia infinita en este momento? La impedancia de cualquier línea de transmisión está relacionada con el tiempo. Si mide la impedancia del cable de fibra óptica en un tiempo más corto que el reflejo del cable de fibra óptica, está midiendo la impedancia de "sobretensión" o la impedancia característica. Pero si espera lo suficiente hasta que la energía se refleje y reciba, la impedancia puede cambiar después de la medición. En términos generales, el valor de la impedancia alcanzará un valor límite estable después de rebotar hacia arriba y hacia abajo.




    Para un cable óptico de 3 pies de largo, la medición de impedancia debe completarse dentro de 3 nanosegundos. El TDR (Reflectómetro de dominio de tiempo) puede hacer esto, puede medir la impedancia dinámica de la línea de transmisión. Si mide la impedancia de un cable de fibra óptica de 3 pies en 1 segundo, la señal se reflejará de un lado a otro millones de veces, dando como resultado diferentes impedancias de "sobretensión".




    A través de la explicación del editor anterior, creo que todos tienen una comprensión más profunda del problema característico de impedancia de la tecnología de la placa de circuito impreso de la fuente de alimentación en el diseño de alta velocidad. Si está interesado en pcb, puede comunicarse directamente con el servicio al cliente en línea de Haoyue Group, ¡invitamos a los clientes a consultar y comprar!