PCB Common Ways Of Impedance Matching
Jul 15, 2020
Was zählt, ist nicht die Frequenz, sondern die Steilheit der Signalflanke, dh die Anstiegs- / Abfallzeit des Signals. Es wird allgemein angenommen, dass, wenn die Anstiegs- / Abfallzeit des Signals (berechnet um 10% ~ 90%) weniger als das 6-fache der Drahtverzögerung beträgt, es sich um ein Hochgeschwindigkeitssignal handelt und die Impedanzanpassung beachtet werden muss.Die Drahtverzögerung beträgt normalerweise 150 ps / Zoll.
Die charakteristische Impedanz
Während sich das Signal entlang einer Übertragungsleitung bewegt, sieht das Signal immer genau die gleiche Momentanimpedanz wie es sich bewegt, wenn sich das Signal mit der gleichen Geschwindigkeit über die Leitung bewegt und die Kapazität pro Längeneinheit gleich ist.Da die Impedanz über die gesamte Übertragungsleitung konstant bleibt, geben wir der Charakteristik oder Charakteristik einer bestimmten Übertragungsleitung einen bestimmten Namen, der als charakteristische Impedanz der Übertragungsleitung bezeichnet wird.Die charakteristische Impedanz bezieht sich auf den Wert der momentanen Impedanz, die das Signal sieht, wenn es sich entlang einer Übertragungsleitung bewegt.Die charakteristische Impedanz hängt mit der Leiterplattenschicht, dem Leiterplattenmaterial (Dielektrizitätskonstante), der Drahtbreite, dem Abstand zwischen Draht und Ebene und anderen Faktoren zusammen und hat nichts mit der Drahtlänge zu tun.Die charakteristische Impedanz kann per Software berechnet werden.Bei der Hochgeschwindigkeits-PCB-Verkabelung beträgt die Routing-Impedanz des digitalen Signals im Allgemeinen 50 Ohm, was eine ungefähre Zahl ist.Koaxialkabel werden im Allgemeinen als 50-Ohm-Basisband, 75-Ohm-Frequenzband und 100-Ohm-Litze (Differential) definiert.
Gängige Methoden zur Impedanzanpassung
1. Serielle Terminalanpassung
Unter der Bedingung, dass die Impedanz am Signalquellenende niedriger als die charakteristische Impedanz der Übertragungsleitung ist, wird ein Widerstand R zwischen dem Signalquellenende und der Übertragungsleitung in Reihe geschaltet, damit die Ausgangsimpedanz des Quellenendes mit der Charakteristik übereinstimmt Impedanz der Übertragungsleitung und verhindern, dass das vom Lastende zurückreflektierte Signal erneut reflektiert wird.
Auswahlprinzip für den Anpassungswiderstand: Die Summe aus Anpassungswiderstand und Ausgangsimpedanz des Treibers entspricht der charakteristischen Impedanz der Übertragungsleitung.Bei herkömmlichen CMOS- und TTL-Treibern variiert die Ausgangsimpedanz mit dem Signalpegel.Daher ist es für TTL- oder CMOS-Schaltungen nicht möglich, einen sehr korrekten Anpassungswiderstand zu haben, sodass Sie Kompromisse eingehen müssen.Ketten-Topologie-Signalnetzwerke sind nicht für die serielle Terminalanpassung geeignet. Alle Lasten müssen an das Ende der Übertragungsleitung angeschlossen werden.
Der serielle Abgleich ist die häufigste Methode für den Terminalabgleich.Es hat den Vorteil eines geringen Stromverbrauchs, keiner zusätzlichen Gleichstromlast für den Treiber, keiner zusätzlichen Impedanz zwischen dem Signal und der Masse, und es ist nur ein Widerstandselement erforderlich.Allgemeine Anwendungen: gemeinsames CMOS, Impedanzanpassung der TTL-Schaltung.Auf diese Weise werden auch USB-Signale zur Impedanzanpassung abgetastet.
2. Parallele Anschlussanpassung
Wenn die Impedanz an der Signalquelle sehr klein ist, wird die Eingangsimpedanz am Lastende durch Hinzufügen eines Parallelwiderstands an die charakteristische Impedanz der Übertragungsleitung angepasst, um die Reflexion am Lastende zu beseitigen.Die Realisierungsformen können in Einzelwiderstand und Doppelwiderstand unterteilt werden.
Prinzip der Auswahl des Anpassungswiderstands: Wenn die Eingangsimpedanz des Chips sehr hoch ist, muss für die Einzelwiderstandsform der Gelenkwiderstandswert der Last nahe oder gleich der charakteristischen Impedanz der Übertragungsleitung sein.Bei Formen mit doppeltem Widerstand ist jeder Nebenschlusswiderstand doppelt so groß wie die charakteristische Impedanz der Übertragungsleitung.
Die Vorteile der parallelen Anschlussanpassung sind einfach und leicht, aber die offensichtlichen Nachteile sind, dass sie einen Gleichstromverbrauch mit sich bringt: Der Gleichstromverbrauch des Einzelwiderstandsmodus hängt eng mit dem Tastverhältnis des Signals zusammen;Der Doppelwiderstandsmodus hat Gleichstromverbrauch, unabhängig davon, ob das Signal hoch oder niedrig ist, aber der Strom ist halb so niedrig wie im Einzelwiderstandsmodus.
Häufige Anwendung: Hochgeschwindigkeitssignale sind weit verbreitet.
(1) DDR-, DDR2- und andere SSTL-Laufwerke.Einzelwiderstand parallel zur VTT (in der Regel die Hälfte der IOVDD).Der parallele Anpassungswiderstand des DDR2-Datensignals ist in den Chip eingebettet.
(2) Serielle HIGH-SPEED-Datenschnittstellen wie TMDS.In Form eines Einzelwiderstands ist der Empfänger parallel zu IOVDD mit einer Einzelendimpedanz von 50 Ohm (100 Ohm zwischen Differenzpaaren) geschaltet.