2025 Как анализировать импеданс и потери в печатной плате?

Введение

Импеданс печатной платы и потери имеют решающее значение для высокоскоростной передачи сигналов. Чтобы проанализировать такие сложные каналы передачи, мы можем изучить их влияние на сигналы через импульсную характеристику канала передачи.

Что такое импеданс и потери печатной платы?

Импульсная характеристика цепи может быть измерена путем передачи узкого импульса. Идеальный узкий импульс — это импульс с бесконечно малой шириной и очень высокой амплитудой. Когда этот узкий импульс распространяется по линии передачи, он растягивается, и его форма связана с реакцией линии. Математически мы можем свернуть импульсную характеристику канала с входным сигналом, чтобы получить форму сигнала после передачи по каналу. Импульсная характеристика также может быть измерена через переходную характеристику канала. Поскольку производная переходной характеристики является импульсной характеристикой, они эквивалентны.

Может показаться, что мы нашли решение проблемы, но на самом деле идеально узких импульсов или бесконечно крутых ступенчатых сигналов не существует. Их не только трудно генерировать, но и трудно точно контролировать. Поэтому в реальных испытаниях для измерения частотной характеристики часто используются синусоидальные волны, а для измерения временной характеристики используется соответствующее программное обеспечение системы тестирования физического уровня.

По сравнению с другими сигналами, синусоидальные волны легче генерировать, а их частота и точность амплитуды легче контролируются. Векторный анализатор цепей (VNA) может точно измерять характеристики отражения и передачи канала передачи на разных частотах, используя развертку синусоидальной волны в диапазоне частот до десятков ГГц, с динамическим диапазоном, превышающим 100 дБ. Поэтому VNA в основном используются для современного анализа высокоскоростных каналов передачи.

Как анализировать импеданс и потери печатной платы?

Характеристики отражения и передачи система тестируемого устройства для синусоидальных волн разных частот могут быть выражены с помощью S-параметров. S-параметры описывают характеристики передачи и отражения тестируемого устройства для синусоидальных волн разных частот. Если мы можем определить характеристики отражения и передачи канала передачи для синусоидальных волн разных частот, мы теоретически можем предсказать эффекты прохождения реального цифрового сигнала через этот канал. Это связано с тем, что в частотной области реальный цифровой сигнал можно рассматривать как состоящий из множества синусоидальных волн разных частот.

Для несимметричной линии передачи существует четыре S-параметра: S11, S22, S21 и S12. S11 и S22 отражают характеристики отражения портов 1 и 2 соответственно для синусоидальных волн разных частот. S21 отражает характеристики передачи синусоидальных волн разных частот от порта 1 к порту 2, а S12 отражает характеристики передачи синусоидальных волн разных частот от порта 2 к порту 1. Для дифференциальных линий передачи, поскольку у них четыре порта, их S-параметры более сложны, всего 16. Как правило, для измерения дифференциальных линий передачи и получения их S-параметров используется векторный анализатор цепей с четырьмя или более портами.

Почему импеданс и потери так важны?

Получение этих 16 S-параметров для измеренной дифференциальной линии выявляет многие важные характеристики линии. Например, параметр SDD21 отражает вносимые потери дифференциальной линии, а параметр SDD11 отражает ее возвратные потери.

Мы можем получить дополнительную информацию, выполнив обратное преобразование БПФ для этих S-параметров. Например, преобразование параметра SDD11 дает временную форму отражения (TDR), которая может выявить изменения импеданса вдоль измеренной линии передачи. Мы также можем выполнить обратное преобразование БПФ результатов SDD21 линии передачи, чтобы получить ее импульсную характеристику, тем самым предсказывая форму сигнала или глазковую диаграмму цифровых сигналов при различных скоростях передачи данных после прохождения через дифференциальную пару линий. Это предоставляет очень полезную информацию для инженеров-проектировщиков цифровых устройств.

Краткое содержание

Таким образом, использование векторного анализатора цепей (VNA) для измерения каналов передачи цифровых сигналов опирается на методы анализа радиочастотного микроволнового излучения, обеспечивая высокую точность характеристик канала в диапазоне частот в десятки ГГц. Кроме того, выполняя простые преобразования во временной области результатов измерений, мы можем анализировать изменения импеданса вдоль канала и их влияние на фактическую передачу сигнала. Это позволяет инженерам-проектировщикам цифровых устройств оценивать качество объединительных плат, кабелей, разъемов, Печатные платыи других компонентов на ранней стадии, устраняя необходимость ждать возникновения проблем с сигналом, прежде чем реагировать в спешке.