定义:信号:变化的电压或电流。
9 Q: H' L9 a1 W z" ~+ a1 X0 N; w: e阻抗:阻碍传输线各点电荷变化的特有性能。值为V/I;表示为Z.单位:欧姆。! ^0 u% Q1 h0 |2 F5 s! m
阻抗是解决信号完整性问题所使用的方法的核心。
- v+ ]8 @3 i' R' J& [个人理解:在电路设计和PCB设计时,不需要分数字电路和模拟电路。可以都按照模拟电路来设计。只不过可分为干扰性能差,干扰性能好两部分。光考虑数字而不依模拟信号考虑,那么对干扰的理解将会差一些。
8 c, B( N0 i( X7 I6 ?对于阻抗来说,其实就是相当于一个放大版本的欧姆定律。一切电路无论什么电路。什么频率这个公式都可以解决相当大的问题。信号完整性同样是由欧姆定律决定的。, ^3 [& |1 o/ ^- @2 g. Z- N2 f
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本章前言:如果知道互联线的阻抗,那么在生产产品前就可以精确地预测出信号失真的程度和设计是否满足性能指标。( V% D+ a7 w f$ r
如果有性能说明书,并且知道信号的预期状态。(裕量)就可以确定出互联线阻抗的指标。而如果知道几何结构和材料特性如何影响互联线的阻抗,就能够设计横截面积、拓扑结构、材料和选择其他元件以便使得他们符合阻抗指标,并使得产品在首次使用时就可以工作。% F) v' ?( h! Z# J3 S
理解:这算是设计分析吧,刚开始分析信号预期。来符合工程要求。。 之后确定阻抗。通过阻抗来设计细节。之后画板子。---ok!( F4 ^) `0 [! Q) r6 Q$ v3 R% R
一.用阻抗描述信号完整性。4 ], e; D" Z, k# k1 r% `
四类可用阻抗描述的基本信号完整性问题:) W- h" x0 ^1 G" m X5 _7 X6 h: x
1. 任何阻抗突变都会引起电压信号的反射和失真。互联线的衰减效应是由串联和并联电阻引起的。* z* n$ M9 k! L$ a
2. 信号的串扰是由相邻互联线的电场和磁场耦合引起的。信号线间的互耦互容产生的阻抗决定了耦合电流的值。
! N1 P" d; R' w+ `, m3. PDS阻抗造成轨道塌陷。- c# ^6 }4 c4 p! x
4. 最大EMI根源是流经外部电缆的共模电流。此电流由地平面上的电压引起。; j+ w2 T, @5 R: w8 d1 y
理解:1:没什么可说的,这个在日后有公式。
0 h1 [* V9 Q- h; q2.引申出电场和磁场的概念。不太好理解,个人认为把他们当成电容和变压器。用这两个有实物的东西来代替电场和磁场的概念比较好。这里想到一个问题。正常PCB设计的50欧姆特性阻抗,大家都按照单一网络设计。其实在PCB上,特性阻抗并不是50欧姆,因为周围的互容和互感同样会造成特性阻抗的变化。对于特殊电路来说,单纯考虑单个网络线宽等于2倍的距地厚度。其实得到的不是50欧姆,所以特殊电路有时会出故障。信号速度越快,出现设计缺陷的几率越大。毕竟传说中的3M原则、2h原则都是经验值,不能代替公式的准确性。5 r& Q" q" m# O# j' i- ~
3.轨道塌陷产生的根源就一个,相当于在回路中串接一个电阻,导致分压。在外表上看IC的电压变小了。" @% C- ?7 f+ F7 ], o# i% ]9 n3 U9 J0 G
4.书上说:在地平面上返回路径的阻抗越大,电压降即地弹越大。由地弹再激起辐射电流。
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二.电容、电感的时域阻抗
4 B( U( E: ^5 I3 ?0 nC=Q/V C:单位F;V:两极间的电压差,单位V;Q:表示电容存储的电荷单位为C. ?/ y& a! M) Z) t% E4 M8 u
理解:实际上,电流并没有流过电容器。理想的电容不属于耗能元件。从能量角度说它相当于一个蓄电池。在电压变化时进行充放电。
: u$ T) e3 U' p1 t0 u9 {I=dQ/dT=C*dV/Dt .电容阻抗计算公式:Z=V*dt/C*dV% @0 y* p. w% b' N8 l0 Q& e& s+ @
V:电容器两端的电压,d V :电容两端的电压变化量 dt:电压变化所经历的时间。$ ]/ Z3 e4 w2 F: q! ~4 @2 `$ m2 p
电感:V=L *dI/dt 阻抗Z=L*DI / DT*I I:表示为流过电感器的电流。
1 H& n, X/ L4 X0 W( f1 h理解:在时域中,电容相当于电压源,阻碍电压的变化。电感相当于电流源,阻碍电流的变化。电容与电感在理想状态下并不消耗能量。与欧姆定律共同计算,便可分析所有信号及所有串扰问题。比如说地弹,地弹的原因就是因为地回路上的电感引起的,当开关关断,回路上串接的电感为了保持之前的电流值,便会以之前的电流方向进行放电,来维持恒流。利用欧姆定律来计算,如果阻抗低的话 那么I*R所得的电压就比较小,地弹的幅度也即相应减小。从能量方向考虑P=UI,可以知道功率较小,所以说,当地的阻抗低的话,地弹的幅度减小,放电时间变长。地的阻抗高的话,地弹幅度大,放电时间较短。& P7 t, {& `: C7 W& H( W/ \! e! W
三:频域中的阻抗% |* H/ i6 e' b: _
1.角频率公式W=2π*F F单位 HZ。, H G& j/ T$ T
电阻、电感、电容数学波形:+ A; r! x2 ^: a. \) p9 |. n$ V
Z=R 电阻在任何频率时,理想的电阻都为一个恒指。
3 G% |8 o8 j% \7 k" u3 aZ=1/WC * sin(wt)/cos(wt) 电容的阻抗幅度为1/WC 。4 s5 x& C E, @/ O$ U
流经电容器的电流是余弦波;即相位将发生变化角度为-90。
* Z- I! Z; M* [. AZ=WL * cos(wt)/ sin(wt) 电感的阻抗为Z=IWL .相位变化为90度。6 ?7 ?/ o! |& k7 H, k1 E% z. }
计算公式如下:Zc=1/(2π*F*C) Zl=2π*F*L 5 G+ p" f* T% H: W
6 V- Z! J, y& m% Z理解:通过上面两个公式,可知道随着频率的升高,C的阻抗变低,接近于零,电感的阻抗变高,接近于无穷。
% |) c9 u$ b- Z/ s理解:记得在大学时好像听老师说过 电容相当于微分电路,有邂逅性。电感相当于积分电路,有超前性。微积分可用在滤波情况下,来计算去掉干扰谐波是采用超前还是邂逅。
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小结:阻抗是一个描述所有信号完整性问题及解决方法的很有效的概念。
& U7 G1 n8 L2 Y( U# j8 S- p2.阻抗描述了互联线或原件中电压和电流的关系。从根本上说他们是器件两端的电压与流经器件的电流之比。) W6 r8 X2 S6 N' e$ S( x; `' b
3.不要把构成实际硬件的真实器件与理想器件相混淆,理想电路原件是对真实世界的近视数学描述。
' E2 u; g! b$ O3 U: N4.我们的目标就是创建能非常精确地近视实际物理互联线或元件的理想电路模型。然而带宽的存在,模型即不能精确描述。
+ U( ^& ?1 G7 @5.理想电阻的阻值、理想电容器的电容值,和理想电感器的电感值是不随频率变化的常量。
& F* o0 T. D2 U6 u5 L1 M6.在频率之中描述电容和电感的阻抗比较简单。% _% {; K6 t, v
7.电容阻抗随1/WC变化,电感随WL变化。
' H& t* [ D* K8 e8.建立模型从最简单的模型开始建立。逐渐增加复杂性。
7 J& ^( Q: T: C, J! K; }0 r8 V: E+ }理解:阻抗最简单的公式便是Z=U/I ;如果从能量方面考虑 P=UI; 从这两个计算公式推导开,便可分析所有的信号完整性问题是电容过大还是电感过大还是阻抗变化。 |