PCB走线半途容性负载反射
许多时分,PCB走线半途会经过过孔、测验点焊盘、短的stub线等,都存在寄生电容,必定对信号形成影响。走线半途的电容对信号的影响要从发射端和承受端两个方面剖析,对起点和结尾都有影响。
首先按看一下对信号发射端的影响。当一个快速上升的阶跃信号抵达电容时,电容快速充电,充电电流和信号电压上升快慢有关,充电电流公式为:I=C*dV/dt。电容量越大,充电电流越大,信号上升时间越快,dt越小,相同使充电电流越大。
咱们知道,信号的反射与信号感受到的阻抗改变有关,因而为了剖析,咱们看一下,电容引起的阻抗改变。在电容开端充电的初期,阻抗表明为:
这儿dV实践上是阶跃信号电压改变,dt为信号上升时间,电容阻抗公式变为:
从这个公式中,咱们能够得到一个很重要的信息,当阶跃信号施加到电容两头的初期,电容的阻抗与信号上升时间和自身的电容量有关。
通常在电容充电初期,阻抗很小,小于走线的特性阻抗。信号在电容处发作负反射,这个负电压信号和原信号叠加,使得发射端的信号发作下冲,引起发射端信号的非单调性。
关于接纳端,信号抵达接纳端后,发作正反射,反射回来的信号抵达电容方位,那个样发作负反射,反射回接纳端的负反射电压相同使接纳端信号发作下冲。
为了使反射噪声小于电压摆幅的5%(这种状况对信号影响能够忍受),阻抗改变有必要小于10%。那么电容阻抗应该控制在多少?电容的阻抗表现为一个并联阻抗,咱们能够用并联阻抗公式和反射系数公式来确认它的规模。关于这种并联阻抗,咱们期望电容阻抗越大越好。假定电容阻抗是PCB走线特性阻抗的k倍,依据并联阻抗公式得到电容处信号感受到的阻抗为:
阻抗改变率为:,即,也就是说,依据这种抱负的核算,电容的阻抗至少要是PCB特性阻抗的9倍以上。实践上,跟着电容的充电,电容的阻抗不断添加,并不是一向坚持最低阻抗,别的,每一个器材还会有寄生电感,使阻抗添加。因而这个9倍约束能够放宽。在下边的评论中假定这个约束是5倍。
有了阻抗的目标,咱们就能够确认能忍受多大的电容量。电路板上50欧姆特性阻抗很常见,我就用50欧姆来核算。
得出:
即在这种状况下,假如信号上升时间为1ns,那么电容量要小于4皮法。反之,假如电容量为4皮法,则信号上升时间最快为1ns,假如信号上升时间为0.5ns,这个4皮法的电容就会发作问题。
这儿的核算只不过是为了阐明电容的影响,实践电路中状况十分复杂,需求考虑的要素更多,因而这儿核算是否准确没有实践意义。关键是要经过这种核算了解电容是怎么影响信号的。咱们对电路板上每一个要素的影响都有一个感性认识后,就能为规划供给必要的辅导,出现问题就知道怎么去剖析。准确的*估需求用软件来仿真。
总结:
1 PCB走线半途容性负载使发射端信号发作下冲,接纳端信号也会发作下冲。
2 能忍受的电容量和信号上升时间有关,信号上升时间越快,能忍受的电容量越小。