Analyse der Übertragungsleitungseigenschaften und -struktur im Hochgeschwindigkeits-PCB-Design

Signale werden reflektiert, weil die Leiterbahnen auf der Leiterplatte eine bestimmte Impedanz haben und die Impedanz auf der Leitung nicht mit der Impedanz auf der Ausgangsseite übereinstimmt, was zu einer Signalreflexion führt. Die Signalübertragung auf der Platine ist verzögert. Wenn das Timing nicht übereinstimmt, schlägt das System zu. Dies sind alles Probleme aufgrund von Übertragungsleitungen.

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Was ist eine Übertragungsleitung?
Die Definition einer Übertragungsleitung ist eine Signalleitung mit einer Signalrückleitung, die aus zwei Drähten einer bestimmten Länge besteht, wobei einer ein Signalausbreitungspfad und der andere ein Signalrückleitungspfad ist. Die gebräuchlichste Übertragungsleitung ist die Spur auf unserer Leiterplatte.
Bei der Analyse einer Übertragungsleitung müssen Sie den Rückweg kontaktieren. Ein einzelner Leiter kann keine Übertragungsleitung sein. Wie Widerstand, Kapazität und Induktivität ist auch eine Übertragungsleitung ein ideales Schaltungselement, aber ihre Eigenschaften sind sehr unterschiedlich. Es ist besser für die Simulation. Das Schaltungskonzept ist jedoch komplizierter.

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Übertragungsleitungen haben zwei sehr wichtige Eigenschaften: charakteristische Impedanz und Verzögerung.
Übertragungsleitungsimpedanz
Lassen Sie uns zunächst einige Konzepte erläutern. Wir sehen oft Impedanz, charakteristische Impedanz und momentane Impedanz. Genau genommen sind sie unterschiedlich.
Aber Veränderungen sind untrennbar miteinander verbunden, sie sind immer noch die grundlegende Definition der Impedanz:
Die Eingangsimpedanz am Anfang der Übertragungsleitung wird einfach als Impedanz bezeichnet;
Die momentane Impedanz, auf die das Signal zu einem beliebigen Zeitpunkt trifft, wird als momentane Impedanz bezeichnet.
Wenn die Übertragungsleitung eine konstante Momentanimpedanz hat, wird sie als charakteristische Impedanz der Übertragungsleitung bezeichnet.
Die charakteristische Impedanz beschreibt die transiente Impedanz, die ein Signal erfährt, wenn es sich entlang der Übertragungsleitung bewegt. Dies ist ein Hauptfaktor, der die Signalintegrität in Übertragungsleitungsschaltungen beeinflusst. Wenn es keine spezielle Beschreibung gibt, wird die charakteristische Impedanz allgemein als Übertragungsleitungsimpedanz bezeichnet.

Übertragungsverzögerung
Die Zeitverzögerung, auch als Zeitverzögerung (Time Delay, TD) bezeichnet, bezieht sich normalerweise auf die Zeit, die ein elektromagnetisches Signal oder ein optisches Signal benötigt, um das gesamte Übertragungsmedium zu durchlaufen. Die Verzögerung auf der Übertragungsleitung ist die Zeit, die das Signal benötigt, um die gesamte Übertragungsleitung zu durchlaufen.
Die Ausbreitungsverzögerung, auch als Ausbreitungsverzögerung (Propagation Delay, PD) bekannt, bezieht sich gewöhnlich auf die Zeitverzögerung der Übertragung elektromagnetischer oder optischer Signale in einem Übertragungsmedium mit Längeneinheit. Sie ist umgekehrt proportional (umgekehrt) zur "Ausbreitungsgeschwindigkeit". "S / m".
Aus der Definition können wir sehen:
Verzögerung = Ausbreitungsverzögerung × Übertragungslänge (L)

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Übertragungsleitungsstruktur von PCB
Die Übertragungsleitungsstruktur einer typischen Leiterplatte besteht aus Drähten, die in oder in der Nähe eines dielektrischen oder isolierenden Materials eingebettet sind und eine oder mehrere Bezugsebenen aufweisen. Das Metall in einer typischen Leiterplatte ist Kupfer und das Dielektrikum ist eine Glasfaser mit der Bezeichnung FR4. Die zwei häufigsten Arten von Übertragungsleitungen im digitalen Design sind Mikrostreifen und Streifenleitung.
Eine Mikrostreifenleitung bezieht sich normalerweise auf eine Leiterbahn auf der Außenschicht einer Leiterplatte und hat nur eine Bezugsebene. Es gibt zwei Arten von Mikrostreifenleitungen: vergraben oder nicht vergraben. Eine vergrabene (manchmal auch untergetauchte) Mikrostreifenleitung bettet einfach eine Übertragungsleitung in das Dielektrikum ein, hat aber immer noch nur eine Referenzebene. Eine Streifenleitung ist eine innere Schichtspur zwischen zwei Referenzebenen.