Jak długo ślad na płytce drukowanej ma być linią transmisyjną?

Linia transmisyjna to linia sygnałowa z powrotem sygnału (złożona z dwóch przewodów o określonej długości, jeden to tor propagacji sygnału, a drugi to tor sygnału zwrotnego). Najpopularniejszą linią transmisyjną jest ścieżka na naszej płytce PCB. Jakie są linie przesyłowe? Jak pokazano na poniższym rysunku, skrętka dwużyłowa, kabel koncentryczny i tak dalej.

Jak długo więc ślad na płytce drukowanej ma być linią transmisyjną?

Jest to związane z prędkością propagacji sygnału. Prędkość sygnału w przewodzie miedzianym na arkuszu FR4 wynosi 6 cali/ns. Mówiąc najprościej, dopóki czas-przebicia sygnału w śladzie jest większy niż czas narastania sygnału, ślad na płytce drukowanej powinien być przetwarzany jako linia transmisyjna.

Zobaczmy, co się dzieje, gdy sygnał rozchodzi się po długim śladzie. Załóżmy, że istnieje 60-calowy ślad PCB, jak pokazano na rysunku, ścieżka powrotna to płaszczyzna uziemienia wewnętrznej warstwy PCB w pobliżu linii sygnału, a linia sygnału i płaszczyzna uziemienia są otwarte na drugim końcu.

Sygnał rozchodzi się do przodu na tym śladzie, a przesłanie go do końca śladu zajmuje 10 s, a powrót do źródła trwa kolejne 10 s, więc całkowity czas-podróży w obie strony wynosi 20 ns. Jeśli powyższa ścieżka okrężnego-trasy sygnału jest uważana za zwykłą pętlę prądową, w ścieżce powrotnej nie powinno być prądu, ponieważ jest ona otwarta na drugim końcu. Ale w rzeczywistości sytuacja jest inna, prąd jest obecny przez pierwszy okres czasu po pojawieniu się sygnału w ścieżce powrotnej.

Dodaj do tego śladu sygnał o czasie narastania 1 ns. W ciągu pierwszych 1 ns sygnał przebył tylko 6 cali po linii. Nie wiem, czy drugi koniec jest otwarty, czy krótki. Więc jak duża jest impedancja odczuwana przez sygnał? określać? Jeśli ścieżka wyzwolenia sygnału okrężnego- jest traktowana jako zwykła pętla prądowa, wystąpią sprzeczności, więc musi być traktowana jako linia transmisyjna.

W rzeczywistości istnieje pasożytnicza pojemność między linią sygnałową a powrotną płaszczyzną uziemienia, jak pokazano na poniższym rysunku. Gdy sygnał rozchodzi się do przodu, napięcie w punkcie A nie zmienia się w sposób ciągły. W przypadku pojemności pasożytniczej zmieniające się napięcie oznacza, że ​​generowany jest prąd, a kierunek jest zaznaczony linią przerywaną na rysunku. Zatem impedancja odczuwana przez sygnał jest impedancją prezentowaną przez pojemność, a pojemność pasożytnicza stanowi drogę powrotu prądu. Sygnał będzie odczuwał impedancję w każdym punkcie, przez który rozchodzi się do przodu. Impedancja ta jest generowana przez przyłożenie zmiennego napięcia do pojemności pasożytniczej, która jest zwykle nazywana impedancją przejściową linii przesyłowej.

Kiedy sygnał dociera do drugiego końca, a napięcie na drugim końcu wzrasta do końcowego napięcia sygnału, napięcie już się nie zmienia. Chociaż pojemność pasożytnicza nadal istnieje, nie ma zmiany napięcia, a pojemność jest równoważna otwartemu obwodowi, co odpowiada sytuacji DC.

Dlatego krótkoterminowa-wydajność tej ścieżki sygnału różni się od długoterminowej-wydajności. Przez krótki czas wydajność jest linią transmisyjną. Nawet jeśli odległy koniec linii transmisyjnej jest otwarty, w okresie przejścia sygnału działanie przedniej części linii transmisyjnej będzie jak rezystor o ograniczonej rezystancji.