Zachariah Peterson
Cunoașteți lungimea critică a liniei de transmisie pentru aceste trasee?
Dacă lucrați cu semnale digitale sau analogice, cel mai probabil veți avea nevoie să potriviți impedanțele între o sursă, o linie de transmisie și o sarcină. Motivul pentru care potrivirea impedanței este importantă într-o linie de transmisie este acela de a se asigura că un semnal de 5 V trimis pe linie este văzut ca un semnal de 5 V la receptor. Dacă înțelegeți de ce este importantă adaptarea liniei de transmisie, puteți începe să înțelegeți când trebuie să faceți acest lucru, fie la capătul conducător sau la capătul receptor al liniei.
Când vorbim despre adaptarea impedanței, ne referim la setarea impedanțelor conducătorului, liniei de transmisie și receptorului la aceeași valoare. Aceasta este de obicei de 50 Ohmi pentru liniile de transmisie single-ended, deși standardele de semnalizare diferențială pot specifica valori diferite pentru adaptarea impedanței. Iată de ce este importantă potrivirea impedanței într-o linie de transmisie și cum se implementează o impedanță consistentă în interconexiunile PCB.
Cum se potrivește impedanța unei interconexiuni: 3 cazuri
Obiectivul potrivirii impedanței într-o linie de transmisie este de a stabili o impedanță consecventă în întreaga interconectare. Atunci când impedanțele driverului, receptorului și liniei de transmisie sunt potrivite, se întâmplă câteva lucruri importante, care vor fi discutate mai jos. Următoarele cazuri ar trebui să fie abordate atunci când se discută de ce este importantă adaptarea impedanței într-o linie de transmisie:
-
Driverul, linia și receptorul sunt adaptate la aceeași impedanță. Acesta poate fi considerat un caz cu adaptare perfectă. În acest caz, nu există reflexii de-a lungul liniei (fie la intrarea în linie, fie la ieșire), iar puterea maximă este transferată în aval către receptor. Tensiunea din semnal scade doar din cauza pierderilor prin împrăștiere, a absorbției și a pierderilor de curent continuu și a efectului de piele.
-
Conductorul și receptorul sunt potrivite, dar linia este nepotrivită. În acest caz, va exista o anumită reflexie imediat ce semnalul este lansat în linia de transmisie. Cu alte cuvinte, atunci când linia nu este adaptată la conducător, o parte din semnalul lansat este reflectat înapoi în conducător. Acest lucru împiedică efectiv transmiterea unei părți din putere în linia de transmisie. În mod similar, va exista o reflexie la capătul receptorului, iar semnalul va călători înapoi către driver.
Impedanța de intrare va determina dacă puterea maximă este transferată de la driver la receptor. În cazul unei linii de transmisie scurte, impedanța liniei de transmisie va semăna cu impedanța sarcinii atunci când linia de transmisie este foarte scurtă. Problema acestei lungimi critice este abordată într-un alt articol. Puteți determina cu exactitate impedanța de intrare (definită ca impedanța liniei de transmisie după prima reflexie a semnalului) cu următoarele ecuații:
Impedanța de intrare pentru linii de transmisie cu pierderi și fără pierderi
-
Conductorul, receptorul și linia sunt toate nepotrivite. În acest caz, nu contează care este lungimea liniei de transmisie; vor exista reflexii continue pe măsură ce semnalul se deplasează de-a lungul liniei, producând o creștere nedorită în trepte a tensiunii văzute de receptor. Nu veți transfera puterea maximă de la driver la receptor, chiar dacă linia este foarte scurtă, deoarece driverul și receptorul sunt neadaptate.
De ce este importantă adaptarea impedanței într-o linie de transmisie: Reflexii
Când driverul și linia de transmisie sunt potrivite, se suprimă o reflexie la intrarea liniei de transmisie. Cu toate acestea, atunci când linia nu este adaptată la receptor în acest caz, aveți în continuare o reflexie la receptor. În mod similar, dacă linia este nepotrivită față de conducător și receptor, pierdeți efectiv o parte din semnal din cauza reflexiei. Dacă setați impedanța liniei, a driverului și a receptorului la aceeași putere, vă asigurați că transferați puterea maximă către receptor. Rețineți că unele standarde de semnalizare nu se bazează pe transferul maxim de putere și, în schimb, se bazează pe o impedanță de intrare ridicată pentru a detecta un semnal la intrare (de exemplu, LVDS).
Adaptarea impedanței la o interfață între două porțiuni ale unei interconexiuni previne reflexiile la acea interfață. Ori de câte ori există o reflexie la o discontinuitate de impedanță (de exemplu, la interfața conducător-linie sau la interfața conducător-sursă), are loc o schimbare bruscă a nivelului semnalului, ceea ce produce un răspuns tranzitoriu în interconectare. Reflecția rezultată apare sub formă de ringing (de exemplu, overshoot/undershoot) care se suprapune peste nivelul de semnal dorit, precum și un posibil răspuns în trepte (în cazul semnalelor digitale). Reflexiile creează o altă problemă, în funcție de faptul dacă lucrăm cu semnale digitale sau analogice.
Reflecții cu semnale digitale
Reflecțiile repetate înainte și înapoi pe o linie de transmisie nepotrivită pot produce un răspuns în trepte de scări în tensiunea văzută la receptor și la sursă. Acest răspuns în trepte poate apărea ca o creștere treptată a nivelului semnalului (a se vedea mai jos pentru un exemplu) sau ca un răspuns de tip trepte în sus și în jos, ambele interferând cu semnalele primite ulterior. Ca urmare, tensiunea observată la receptor poate varia în timp, așa cum se arată în exemplul de mai jos. Rețineți că răspunsul tranzitoriu tipic pe lângă variația de tensiune produsă la fiecare reflexie a fost omis pentru claritate.
Exemplu de răspuns în trepte pentru un semnal digital de mare viteză pe o linie de transmisie neadaptată
Reflecții cu semnale analogice
La fel cum semnalele digitale se pot reflecta în mod repetat pe o linie de transmisie atunci când receptorul este neadaptat cu linia, același lucru este valabil și pentru semnalele analogice. Există anumite frecvențe care vor forma rezonanțe de undă staționară pe o linie atunci când sunt acționate cu un semnal analogic. Aceste frecvențe vor fi un multiplu întreg al celei mai mici frecvențe fundamentale. Acest lucru determină o radiație puternică a unei linii de transmisie la anumite frecvențe. Rețineți că, în cazul liniilor de transmisie foarte scurte, acest lucru se va întâmpla și în cazul în care driverul și receptorul sunt nepotrivite, doar că frecvențele relevante vor fi mult mai mari pentru a se adapta la lungimea de undă mai scurtă a liniei de transmisie.
Undele staționare pe o linie de transmisie înseamnă că urmele dvs. vor părea să se comporte ca aceste antene
The Takeaway
Inclusiv dacă linia este scurtă, tot trebuie să potriviți impedanța driverului și a receptorului pentru a preveni reflexiile repetate și sunetul pe o linie de transmisie. De asemenea, lungimea exactă care definește momentul în care o linie este scurtă nu este fixată în piatră; aceasta depinde de nepotrivirea de impedanță permisă de-a lungul unei interconexiuni. Pe măsură ce din ce în ce mai multe dispozitive rulează la niveluri mai mici și la viteze mai mari, nepotrivirile permise devin din ce în ce mai subțiri. Acest lucru necesită o rutare mai precisă controlată de impedanță în timpul fazei de proiectare.
Am descris implicit semnalizarea single-ended aici, dar exact aceeași discuție se aplică semnalizării diferențiale; înlocuiți doar termenul „impedanță caracteristică” cu „impedanță diferențială și se vor aplica aceleași concepte, deși matematica este puțin diferită. Vom continua să analizăm aceste aspecte în următoarele articole pentru a ajuta proiectanții să ia rapid deciziile corecte cu arhitecturi de interconectare mai avansate, standarde de semnalizare și scheme de modulare.
Sunt integrate instrumentele puternice de proiectare și rutare a stivuirii din Altium Designer® cu un rezolvator de câmp precis, care determină rapid impedanța urmelor dvs. pe măsură ce vă construiți placa. Acest lucru vă ajută să vă asigurați că mențineți o potrivire ultraprecisă a impedanței pe măsură ce vă rutați interconexiunile pe întreaga placă de circuit imprimat. Aceste instrumente sunt construite pe un motor de proiectare unificat bazat pe reguli, care se interfațează cu o serie de instrumente de simulare. De asemenea, veți avea acces la un set complet de caracteristici de fabricație, planificare și documentare într-o singură platformă.
Acum puteți descărca o versiune de încercare gratuită a Altium Designer și puteți afla mai multe despre cele mai bune instrumente de layout, simulare și planificare a producției din industrie. Discutați astăzi cu un expert Altium pentru a afla mai multe.
.