Yüksek hızlı Signal Transmission Control'de Impedance Control'in Rolü

Yüksek hızlı Signal Transmission Control'de Impedance Control'in Rolü

Yüksek hızlı sinyal iletimi, modern elektroniklerin arka kemiğidir, veri merkezleri ve telekomünikasyon ağlarından gelen her şeyi doğrultmak, dizüstü bilgisayarlar ve oyun konsolları gibi tüketici cihazlarına güçlenir.Veri oranları ikinci aralığına tırmanmak için, sinyal bütünlüğünü korumak kritik bir tasarım meydan okuması olur. Yüksek hızlı sinyal sinyalinin varışta olup olmadığını belirleyen en önemli faktörlerden biri, eksiltme kontrolüne gelir.).

Impedance control tek bir adımdır, ancak PCB tasarımı, malzeme seçimi, üretim süreçleri ve sistem düzeyindeki sonlandırmayı kapsayan bütün bir disiplindir.Zorunluluk ve tekniklerin tutarlı kalması için kullanılan teknikler, mühendisler daha hızlı, daha güvenilir elektronik sistemler oluşturabilir.Bu makale yüksek hızlı bir şekilde kontrole, hızlı bir şekilde bakmakta, temel ilkeleri, pratik uygulama yöntemlerini ve gerçek dünya yararlarını kapsayan kapsamlı bir şekilde görünür.

Signal Transmission Impedance in Signal Transmission

Yüksek hızlı dijital devreler bağlamında, engelleyici ve geri dönüşümlü bir devre kurulu (PCB) izi için bir sinyal gönderir, ilgili parametrenin kullanımı (AC) sinyalidir.

Karakteristik bir dürtü, devrenin kendisi için bir özelliktir, sinyal kaynağı veya yük değildir. Bir sinyal kaynağı herhangi bir noktada bir hatayla bir çizgi sürmek için tasarlanmıştır (örneğin, RF veya 100 ULL için 50 {{), ve yük (rece) geri dönüşe doğru yansıtılır, sinyal akışı, herhangi bir noktada bir noktada yanlış bir eşleşme varsa - izotuvarda bir değişiklik için - bir bağlantıya veya yanlış bir şekilde sonlanır.

Yüksek hızlı dijital sistemlerde, küçük bir dürtüsellik süresi sorunlu olabilir, çünkü sinyal artışı zamanları son derece hızlı (picosans) Fourier analizi, keskin bir kenarda yüksek frekanslı harmonikler içerdiğini gösterir; bu harmonikler özellikle de yanlış eşleştirmelere karşı hassastır. Sonuç olarak, 100 MHz'de işe yarayan bir yönetim kurulu kontrol edilmezse 1 GHz'de başarısız olabilir.

Anahtar İletme Hattı Parametreleri

Kontrollü bir iz izi tasarlamak için mühendisler, iz geometri ve Z0 arasındaki ilişkiyi anlamalıdır. Tipik bir mikrostrip hattı için (aşağıdaki bir dış katmanın üzerinde dur), karakteristik imkansızlık yaklaşık olarak tanımlanabilir:

Z0 ⁇ (87 / √ ( ⁇ r +.41) × ln (5).98h / (0.8w + t))

Nerede:

• ⁇ r = göreceli izin verme (dielektrik sabit) substrat materyali
• h = iz ve referans uçağı arasındaki dielektrik kalınlığı
• w = iz genişliği
• t = iz kalınlığı

striptiz için (iki zemin uçağı arasında yer alan) formüller farklıdır, ancak aynı ilkeler uygulanır. Tasarımcıların görüntü, dielektrik yüksekliği ve dielektrik sabiti, kontrollü bir şekilde PCB tasarım kılavuzları kullanarak, mühendisler bir tolerans penceresi içinde belirli bir Z0 hedefleyebilir (tipik olarak en yüksek hızlı uygulamalar için % 10 daha sıkı toleranslar gerekir).

Diferansiyel dürtü, yüksek hızlı seri bağlantıları için başka bir kritik parametredir, PCIe, USB, HDMI ve Ethernet.Diferansiyel çiftler iki iz arasında gerilim farkı olarak sinyalleri taşır ve ayrımı azaltır (genellikle 100 {{ veya 90 {{) her iki uçlu dürtüye ve eş arasındaki darbeye bağlıdır.

Impedance Control'in Önemi

Veri oranları arttıkça, sinyal bütünlüğü için marjlar sıkı hale gelir. Bugün, 10 MHz'in altındaki saat hızları, devre izlerinin altındaki geçiş hatları basit teller olarak tedavi edilebilir; yanlış eşleştirmeler küçük bir etkisi oldu çünkü sinyal dalgaları, sinyal boyutunun çoğu zaman sinyal aralığındaki frekanslarla, uzun zaman sinyal aralığında önemli bir kısmıdır.

[FONT:0) Çok sayıda nedenden ötürü çok önemli:).

• [FONT:0) Temelde Signal Reflections:[Dönetici:[Dönetici:0) Bir yanlışlık, geri yansıtacak bir olay dalgasının bir kısmını ortaya çıkarabilir veya gelen sinyalden çıkar, aşırı yüklemeye neden olur.
• [FONT:0) Elektromanyetik Interference (EMI): ) Yansıtlı emisyonlar üzerinde dalgalar yükselir. Kontrollü dürtü hatları sadece doğru frekansta etkili antenler olarak hareket eder; yanlış eşleştirmeler, EMI başarısızlıklarına neden olan harmonikler yaratabilir.
• [FONT:0]Göz Diagram Margin: [Dönder İletişimde, "göz diyagramı", standart sinyal kalitesi ölçüdür. Impedance stopities close the eyes, reduce the connection more sensitive to jitter.
• [FONT=0)Yüksek Veri Oranlarına Destek:[Dönetici:[Dönetici:0) Birçok modern standart (PCIe Gen 5, USB4, 100G Ethernet) sadece sıkı bir şekilde kontrol edilmeden işlev yapamaz. Bu protokoller küçük yanlış eşleştirmelerin tüm zaman bütçesini tükettiği durumlarda çalışır.

Bu nedenlerle, kesinti kontrolü artık bir üründe sonuçlanabilir veya herhangi bir hızlı tasarım için pahalı yeniden tasarım gerektirir veya saha hataları sergileyebilir.Bu nedenlerden dolayı, kesinti kontrolü artık isteğe bağlı değildir - herhangi bir yüksek hızlı tasarım için temel bir gerekliliktir.

Achieving Impedance Control

Uygun karakteristik dürtü, tüm ürün yaşam döngüsü boyunca dikkatli bir planlama gerektirir, şematik yakalama ve PCB üretimi ve montaj yoluyla montaj tasarımı. Aşağıda mühendisler ve üreticiler tarafından kullanılan birincil yöntemleri inceleyeceğiz.

Kontrollü Impedance PCB Design

Kontrolün temeli, basılı devre kurulunun kendisidir. PCB tasarımcıları uygun malzemeleri ve tabaka yığınlarını seçmek için laminat üreticileri ile çalışır. Z0'ı belirleyen değişkenler şunlardır:

• [FONT=0)Dielektrik Malzeme: [Dönetici: [Dönetici: 0,4,5, ancak frekans ve reçine içeriği ile değişir), Rogers (düşük kayıp, istikrarlı ⁇ r) ve çok yüksek frekanslar için düşük ahşap malzemeler için Rogers 4350B veya Megtron 6 tercih edilir.
• [FONT:0)Trace Genişlik ve Spacing:) İz genişliği daha düşük dürtüyü artırırken, genişliği azaltırken, iki iz arasında da yayılan gerginlik, Z diff'yi etkiler.
• [FONT:0)Dielektrik Yüksekliği (Öylendirme): ), en yakın referans uçağındaki mesafe çok önemlidir.En yakın referans düzleme giden mesafe çok önemlidir.En ince dielektrik, daha düşük gereksiz yere gider.
• [FONT:0]Copper Kalınlık:[Dönetici: 0:1) Trace kalınlığı (tipik olarak 1 oz veya 0,5 oz.) ayrıca, genişliği ve dielektrik yüksekliğinden daha az dereceye kadar etkiler.

Modern PCB CAD araçları (örneğin, Altium Tasarımcısı, Cadence Allegro, Mentor PADS) daha önce bahsedilen formülleri kullanan hesaplayıcıları içerir.Bu hesaplayıcılar her net sınıf için ön plana ihtiyaç duyuyor ve otomatik olarak izler.

Tesih Direnörleri Kullanımı

Mükemmel kontrollü engel izlerinin bile, hat alıcıda düzgün bir şekilde sona ermelidir (veya her ikisi de sinyal enerjisini absorbe etmek için sonlanır). Common end stratejileri şunları içerir:

• [FONT:0] Parallel TUT:[Dönetici: [Dönetici: 0,0) Alıcıda sinyal ve zemin arasında yer alan bir direnişçiye eşit olarak eşit.
• [FONT:0] SÖYLE:[Dönetici: SİVİ:0) SÖYLE:[DÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜN
• [FONT:0)AC TUT:[Dönetici:[Dönetici: 1 ) DC güç tüketimi endişe olduğunda kullanılan bir dirençle bir dizide bir direnç.
• [FONT:0)Differential Torder:[Dönetici için 1 ) Tek bir direnici, alıcıda iki satıra (örneğin, HDMI veya LVDS için 100 ULL) uygun bir şekilde sona ermektedir.

Tesih direnişçiler yüksek hızlı tasarımda vazgeçilmezdir.Onlar olmadan, bu EE Times makalesinde bile mükemmel bir kontrol edilen bir kesinti hattı tartışılacaktır.[Dönümüzdeki son bir açık devre (yüksek yetersizlik) veya kapasitif yük.][Dönemli bir yük.[Düzükleersiz)[Dönemli bir sonlama stratejileri tartışılacaktır.[Dönemli bir son derece açık bir yük.[Dönemli bir yük.)

Consistent Manufacturing Processes

En iyi PCB tasarımı bile, imalat toleransları çok gevşek olsa bile değerli. Impedance control, tutarlı iz genişliği, dielektrik kalınlığı ve bakır vsh kalite korumak için PCB kumaşçılarının yeteneğine bağlıdır.

• [FONT=0)Etching Üniformaity:[Dönetici:[Dönekli veya alt kattaki değişiklikler iz genişliği. Darer toleranslar (e.g., ±0.0005 inç) dikkatli bir işlem kontrolü gerektirir.
• [FONT:0)Dielektrik Kalınlık Variasyon: [Döntgen:[Döncüler) Prepreg katmanları baskı, sıcaklık ve reçine akışı nedeniyle kalınlıkta değişebilir. Malzemeleri sıkı kontrollü kalınlık ile kullanarak (örneğin, "tolerance-class" öngörüleri) varyasyonu azaltır.
• [FONT:0]Copper Surface Cabness:[Dönerli bakır yüksek frekanslarda iletken kayıpları arttırır ve bu da imkansızlığı etkileyebilir.
• [FONT:0)Lamination Stacking:[Dönler ve çok-ply prepreg kullanımı etkili dielektrik sabitini etkileyebilir. Fabricers genellikle boşluk olmadan gerekli kalınlığı elde etmek için tabakaların inşasını kullanabilir.

Birçok PCB üreticisi, TDR'nin her üretim paneli için test raporları sağladığı kontrollü yönlendirme hizmetleri sunar. Bu raporlar her bir dürtü sınıfı için ölçümleme ve spesifikasyonla (ortada ±10%) tanışmalarını sağlar.

Simülasyon ve Modelleme

İmalata girmeden önce, mühendisler elektromanyetik (EM) alan çözücüleri kritik ağların yönlendirmesini taklit etmek için kullanırlar.Asys HFSS, CST Mikrodalga Stüdyosu veya Keysight ADS, bağlantılar ve iz virajları içeren üç boyutlu yapılar kullanabilir. Simülasyonlar, bağlantı noktalarının belirlenmesi gibi problem alanlarını tespit etmeye yardımcı olur.[[Döneticileri değiştir]