Adaptación de impedancia para diseño de PCB de alta velocidad

La adaptación de impedancia significa que cuando se transmite la energía, se requiere que la impedancia de carga sea igual a la impedancia característica de la línea de transmisión, y la transmisión en este momento no causa reflexión, lo que indica que toda la energía es absorbida por la carga. Por el contrario, hay pérdida de energía en la transmisión. En el diseño de PCB de alta velocidad, la correspondencia de la impedancia está relacionada con la calidad de la señal.

¿Cuándo deben coincidir las trazas de PCB con la impedancia?

No mire principalmente la frecuencia, pero la clave es mirar el borde de la señal abruptamente, es decir, el tiempo de subida / bajada de la señal. Generalmente se considera que si el tiempo de subida / bajada de la señal (en 10% a 90%) es inferior a 6 veces el retraso del cable, es alta velocidad. Las señales deben prestar atención al problema de la correspondencia de impedancias. El retraso del cable es generalmente de 150ps / pulgada.

Impedancia característica

Durante la propagación de la señal a lo largo de la línea de transmisión, si hay una velocidad de propagación de señal uniforme en toda la línea de transmisión y la capacitancia por unidad de longitud es la misma, entonces la señal siempre ve una impedancia instantánea completamente uniforme durante la propagación. Dado que la impedancia permanece constante en toda la línea de transmisión, le damos un nombre específico para indicar esta característica o característica de una línea de transmisión en particular, que se llama impedancia característica de la línea de transmisión. La impedancia característica es el valor de la impedancia instantánea vista por la señal a medida que se propaga a lo largo de la línea de transmisión. La impedancia característica está relacionada con la capa de placa donde se encuentra el cable de la PCB, el material utilizado para la PCB (constante dieléctrica), el ancho de la traza y la distancia entre el cable y el plano, independientemente de la longitud de la traza . La impedancia característica se puede calcular utilizando un software. En el diseño de PCB de alta velocidad, la impedancia de rastreo de una señal digital generalmente está diseñada para ser de 50 ohmios, que es un número aproximado. La banda base del cable coaxial generalmente se especifica en 50 ohmios, con una banda de frecuencia de 75 ohmios y un par trenzado (diferencial) de 100 ohmios.

Método de coincidencia de impedancia común

1, coincidencia de terminal en tándem

Bajo la condición de que la impedancia de la fuente de la señal sea inferior a la impedancia característica de la línea de transmisión, se conecta una resistencia R en serie entre el extremo de la fuente de la señal y la línea de transmisión, de modo que la impedancia de salida del extremo de la fuente coincida con la característica impedancia de la línea de transmisión, y se suprime la señal reflejada desde el extremo de la carga. Se produjo una nueva reflexión.

Principio de selección de resistencia coincidente: la suma del valor de la resistencia coincidente y la impedancia de salida del controlador es igual a la impedancia característica de la línea de transmisión. Controladores CMOS y TTL comunes, cuya impedancia de salida varía con el nivel de la señal. Por lo tanto, para los circuitos TTL o CMOS, es imposible tener una resistencia de adaptación muy correcta, que solo puede verse comprometida. La red de señal de la topología de la cadena no es adecuada para la coincidencia de terminación en serie, y todas las cargas deben estar conectadas al final de la línea de transmisión.

La coincidencia en serie es el método más común de coincidencia de terminales. Tiene la ventaja de bajo consumo de energía, sin carga de CC adicional en el controlador, sin impedancia adicional entre la señal y la tierra, y solo un componente de resistencia. Aplicaciones comunes: adaptación de impedancia de circuitos CMOS y TTL generales. La señal USB también se muestrea mediante este método para la coincidencia de impedancia.

2, coincidencia de terminales paralelas

En el caso de que la impedancia de la fuente de señal sea pequeña, la impedancia de entrada del terminal de carga se corresponde con la impedancia característica de la línea de transmisión al aumentar la resistencia paralela, a fin de eliminar la reflexión en el extremo de la carga. La forma de implementación se divide en dos tipos: resistencia simple y resistencia doble.

Principio de selección de resistencia coincidente: en el caso de una alta impedancia de entrada del chip, para una sola forma de resistencia, el valor de resistencia en paralelo del terminal de carga debe ser cercano o igual a la impedancia característica de la línea de transmisión; para la forma de resistencia dual, cada valor de resistencia en paralelo es el doble de la impedancia característica de la línea de transmisión.

La ventaja de la coincidencia de terminación paralela es simple y fácil. La desventaja obvia es que traerá un consumo de energía de CC: el consumo de energía de CC del modo de resistencia única está estrechamente relacionado con el ciclo de trabajo de la señal; El modo de resistencia dual es si la señal es alta o baja. Hay un consumo de energía de CC, pero la corriente es menos de la mitad de la resistencia individual.

Aplicaciones comunes: más aplicaciones con señales de alta velocidad.

(1) Controladores SSTL como DDR y DDR2. Use una forma de resistencia única que esté conectada en paralelo a VTT (generalmente la mitad de IOVDD). La resistencia de coincidencia paralela de la señal de datos DDR2 está integrada en el chip.

(2) Interfaces de datos seriales de alta velocidad como TMDS. En forma de resistencia única, paralela a IOVDD en el lado del dispositivo receptor, la impedancia de extremo único es de 50 ohmios (100 ohmios entre pares diferenciales).