SamsPcbGuide, भाग 5: ट्रेसिंग सिग्नल लाइनें। लाइन विरूपण और प्रतिबाधा मिलान

हम पीसीबी ट्रेसिंग की समीक्षा करना जारी रखते हैं। मैं अपने स्कूल के शिक्षकों के लिए धन्यवाद के साथ अपने गृहनगर सेवेरोड्विंस्क से इस लेख को प्रकाशित करता हूं। जिस विषय के लिए वह समर्पित है वह बुनियादी है, और इसलिए इससे निपटना महत्वपूर्ण है। यहां, सिग्नल लाइनों में प्रतिबिंबों पर विचार किया जाएगा और, हमेशा की तरह, विभिन्न लाइन मिलान तकनीकों का उपयोग करते हुए सिग्नल विरूपण को कम करने के लिए सिफारिशें दी जाएंगी।

चक्र में एक पिछले लेख में, यह दिखाया गया था कि रिटर्न करंट के मार्ग में कटआउट की उपस्थिति से सिग्नल सर्किट की प्रेरण बढ़ जाती है, जो मुद्रित सर्किट बोर्ड के ईएमआर स्तर को नकारात्मक रूप से प्रभावित करता है। हालांकि, उनका नकारात्मक प्रभाव समाप्त नहीं होता है (यह ध्यान देने योग्य है कि ऐसी परिस्थितियां हैं जब संदर्भ परत में कटआउट का उपयोग मुद्रित सर्किट बोर्ड के ईएमआर स्तर को कम करता है, हालांकि, उन्हें रिटर्न धाराओं को नियंत्रित करने के दृष्टिकोण से महान सटीकता की आवश्यकता होती है और सामान्य मामले में अनुशंसित नहीं किया जा सकता है)। एक कटआउट, जैसे अन्य अमानवीयताओं (संक्रमण छेद, ट्रैक ब्रांचिंग, ट्रैक की चौड़ाई में बदलाव या संदर्भ परत से दूरी, आदि) सिग्नल लाइन के प्रतिबाधा (अंग्रेजी तात्कालिक प्रतिबाधा) के स्थानीय मूल्य को बदलते हैं। सिग्नल प्रसार के दौरान प्रतिबाधा में किसी भी परिवर्तन से इसके आयाम में परिवर्तन होता है और एक परावर्तित संकेत की उपस्थिति स्रोत में वापस फैल जाती है (चित्र 1)।



स्रोत के सापेक्ष आगे और रिवर्स सिग्नल के आयाम केवल एक निर्धारित आवृत्ति पर जेड ₁ और जेड ₂ के मूल्यों से निर्धारित होते हैं:

गुणांक के सामने एक ऋण चिह्न 180 ^° से संकेत के चरण में परिवर्तन का संकेत देगा। भले ही सिग्नल लाइन सजातीय हो (इसके बाद, लाइन की एकरूपता का अर्थ है, इसकी क्रॉस सेक्शन के ज्यामितीय मापदंडों की स्थिरता) और इसकी प्रतिबाधा निरंतर है और इसे विशेषता प्रतिबाधा कहा जाता है, प्रतिबिंब न केवल लाइन में हो सकते हैं, बल्कि और इसके सिरों पर - स्रोत की तरफ या लोड पक्ष पर। एक साधारण सर्किट (छवि 2) पर विचार करें, जिसमें सिग्नल स्रोत और लोड दोनों के प्रतिरोध एक समान लाइन की लहर प्रतिबाधा के अनुरूप नहीं हैं। इस मामले में, लाइन में प्रतिबिंब बार-बार होते हैं, धीरे-धीरे लुप्त होती हैं, और एक हस्तक्षेप पैटर्न का नेतृत्व करते हैं - संकेतों का योग। प्रतिबिंबित संकेतों के पैटर्न और सिमुलेशन परिणाम में एलटीस्पाइस में 1.2 वी के आयाम के साथ एक कदम-दर-चरण पल्स सिग्नल होता है और 1 एन एस के एक अग्रणी किनारे को भी आंकड़े में दिखाया गया है।


ध्यान दें कि सिग्नल के प्रसार समय के दौरान सिग्नल लाइन के इनपुट पर वोल्टेज (पहले प्रतिबिंब तक) सिग्नल स्रोत वी _एस के वोल्टेज के बराबर नहीं है और प्रतिरोधक विभक्त के गुणांक से जुड़ा हुआ है

लाइनों के सिरों से कई प्रतिबिंबों के बाद, लोड पर वोल्टेज का मूल्य प्रतिरोधक विभक्त के निचले हाथ पर वोल्टेज के बराबर घटती ज्यामितीय प्रगति के योग को जाता है

चूंकि वास्तविक परिस्थितियों में सिग्नल प्रसार मार्ग के साथ प्रतिबाधा की गति को सुनिश्चित करना असंभव है, इसलिए प्रतिबिंब हमेशा होते हैं। सवाल यह है कि वे किन परिस्थितियों में ध्यान देने योग्य सिग्नल विरूपण की ओर ले जाते हैं। हम फिर से अंजीर में दिखाए गए सर्किट का एक उदाहरण मानते हैं। 2, सिग्नल स्रोत के प्रतिरोध के मूल्यों को ठीक करना, लाइन के लोड और वेव इम्पीडेंस। इसलिए, योग में शामिल हस्तक्षेप संकेतों के आयाम भी संरक्षित हैं। हालांकि, संकेतों ए के आयामों के अतिरिक्त _{, i,} योग _का मूल्य उनके समय विस्थापन पर निर्भर करता है the _i :

जहां टीडी लाइन में सिग्नल का प्रसार समय या लाइन की देरी (अंग्रेजी ट्रांसमिशन लाइन देरी) है। यह मान सिग्नल लाइन की लंबाई एल और लाइन टीडी = एल / वी में सिग्नल के प्रसार गति v द्वारा निर्धारित किया जाता है। हम लाइन के समय की देरी को कम कर देंगे - जबकि "अलमारियों" की अवधि, जब संकेत मूल्य स्थिर है, तो भी घट जाएगा। और जब i + 1st परावर्तित संकेत आई-सिग्नल के अपने आयाम मान तक पहुंचने के तुरंत बाद लोड पर आता है, तो अलमारियां गायब हो जाएंगी। चूँकि सिग्नल, फ्रंट टी _आर की अवधि के बराबर समय में अपने आयाम मान तक पहुँचता है, इसलिए निम्न कार्य किया जाना चाहिए:

समय की देरी में और कमी से इस तथ्य को बढ़ावा मिलेगा कि तरंग (अंग्रेजी रिंगिंग) के आयाम मूल्यों को प्राप्त नहीं किया जाएगा। असीम रूप से छोटी लाइन टीडी → 0 के सीमित मामले में, दोलित्र क्षणिक अनुपस्थित है। इसलिए महत्वपूर्ण संकेतों के लिए लाइन की लंबाई को कम करने की आवश्यकता के बारे में निष्कर्ष, पहले से ही अधिष्ठापन में कमी के संबंध में पिछले लेख में उल्लेख किया गया है। बेशक, एक मुद्रित सर्किट बोर्ड पर वास्तविक सिग्नल लाइनों की परिमित लंबाई होती है, इसलिए स्थिति TD << t _R एक छोटे तरंग के लिए एक गणितीय मानदंड है।

F.1।

टीडी के साथ सिग्नल लाइन में फ्रंट ड्यूरेशन टीआर के साथ पल्स सिग्नल की छोटी विकृतियों के लिए एक व्यावहारिक स्थिति टीडी <1/5 1/ t _{R है।} सिग्नल लाइन की लंबाई का अनुमान लगाने के लिए, हम v / 15 cm / ns (FR4 के लिए) ले सकते हैं, फिर स्थिति को L [cm] <3 _R t _R [ns] के रूप में फिर से लिखा जा सकता है।

यह समझना महत्वपूर्ण है कि विरूपण की स्वीकार्य डिग्री या तो मुद्रित सर्किट बोर्ड के डिजाइनर द्वारा निर्धारित की जानी चाहिए, या इस पैरामीटर को प्रतिबंधक के रूप में निर्दिष्ट किया जाना चाहिए। इसके अलावा, तरंग का आयाम न केवल टी _आर और टीडी के बीच संबंधों पर निर्भर करता है, बल्कि लाइन विस्मैच की डिग्री पर भी निर्भर करता है। दी गई सिफारिश में, छोटे विकृतियों को धड़कन के रूप में समझा जाता है, जिनमें से आयाम लगभग, 10% से अधिक नहीं है। यदि स्थिति t _R > 5 is TD संतुष्ट नहीं है या यदि धड़कन की आवश्यकता अधिक कठोर है, तो पंक्ति में अनुनाद घटना को कम करने के तीन तरीके हैं:

• टीडी में कमी (मुख्य रूप से लाइन की लंबाई में कमी के कारण),
• टी _आर में वृद्धि (सिग्नल स्विचिंग गति में कमी),
• लाइन समन्वय (अंग्रेजी समाप्ति)।

सभी पंक्ति मिलान विधियों (तालिका 1) का लक्ष्य यह सुनिश्चित करना है कि इसके एक या दोनों छोर पर कोई प्रतिबिंब नहीं हैं। तरीकों में से कोई भी आदर्श नहीं है - उनमें से प्रत्येक के पास इसके पेशेवरों और विपक्ष हैं, जबकि बिल्कुल सभी तरीकों से अतिरिक्त ऊर्जा नुकसान होता है। इसलिए, न्यूनतम संभव लाइन लंबाई और सिग्नल स्विचिंग गति प्रदान करने से पहले लाइन मिलान का सहारा लेने की अनुशंसा नहीं की जाती है।

तालिका 1. सिग्नल लाइन मिलान के तरीके।

शीर्षक और योजना	हानि दर	टिप्पणियाँ
	कम
	लंबा
	औसत
	औसत

टिप्पणी:
⁽¹⁾ एक समानांतर सर्किट में, एक सामान्य तार और बिजली दोनों का कनेक्शन इस्तेमाल किया जा सकता है।
⁽²⁾ इष्टतमता का मतलब ऊर्जा के नुकसान को कम करने के लिए एक मानदंड है।

उस स्थिति में जहां सिग्नल लाइन सिग्नल स्रोत को एक लोड (बिंदु-से-बिंदु) से जोड़ती है, स्रोत की तरफ और लोड साइड पर मिलान दोनों प्रतिबाधा का उपयोग किया जा सकता है। यदि सिग्नल लाइन (अंग्रेजी मल्टीलोड) पर कई भार हैं, तो लोड पक्ष पर समन्वय लागू करने की सिफारिश की जाती है। ऐसी योजनाओं के उदाहरण जहां सिग्नल विकृति की अनुपस्थिति हमेशा महत्वपूर्ण होती है, बहुत कुछ - एक वितरित क्लॉक सर्किट, मल्टी-पॉइंट डेटा बस, कई माइक्रोक्रिस्केट्स के साथ बाहरी मेमोरी का संगठन आदि। अंग्रेजी भाषा के साहित्य में, लघु (अंग्रेजी ठूंठ) और लंबी (अंग्रेजी शाखा) सिग्नल लाइन शाखाएं प्रतिष्ठित हैं। । छोटी शाखाओं का लाभ यह है कि उनके अंत में मिलान घटक नहीं हो सकते हैं, हालांकि, उनकी लंबाई पर प्रतिबंध है।

P.2।

सिग्नल लाइन से छोटी शाखाएं असंगत हो सकती हैं, लेकिन उनकी लंबाई कम से कम होनी चाहिए और उस मूल्य से अधिक नहीं होनी चाहिए जिस पर टीडी _{STUB 1/5 ।} T _R.

एन वर्गों में सिग्नल लाइन को ब्रांच करने के तीन मुख्य पैटर्न अंजीर में दिखाए गए हैं। 3. ब्रांचिंग से पहले एक शॉर्ट सेक्शन (एक शाखा के लिए समान मानदंड) के साथ एक सर्किट सिग्नल स्रोत पर बढ़े हुए लोड की ओर जाता है। यदि खंड शाखा से पहले लंबा है, तो शाखाओं के प्रतिबाधा को बढ़ाने के लिए आवश्यक है। एक ही परत पर सिग्नल लाइन के लहर प्रतिरोध में वृद्धि से इसकी चौड़ाई में कमी की आवश्यकता होगी, जो एक सीमा बन सकती है। यदि आप प्रतिरोध R = (N - 1) then Z _{0 के} साथ श्रृंखला अवरोधक का उपयोग करते हैं, तो यह एक वोल्टेज विभक्त बनाता है - और लोड पर संकेत आयाम V _LOAD = 1 / N _IN V _{IN कम हो जाता है} । जाहिर है, प्रत्येक योजना बिना कमियां (उपयोग किए गए घटकों की संख्या बढ़ाने के अलावा) के बिना नहीं है, इसलिए, शाखा विज्ञान (स्टार टोपोलॉजी) के साथ टोपोलॉजी का उपयोग केवल तब करने की सिफारिश की जाती है, जब एक मुख्य सिग्नल लाइन और इसके साथ लघु शाखाओं के साथ टोपोलॉजी का उपयोग किया जाता है। daizy- चेन टोपोलॉजी) संभव नहीं है।



निष्कर्ष में, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि सिग्नल लाइन मिलान विधि की पसंद मुद्रित सर्किट बोर्ड के सर्किटरी से निकटता से संबंधित है, इसलिए यदि डेवलपर केवल मुद्रित सर्किट बोर्ड की टोपोलॉजी के लिए जिम्मेदार है, तो सिग्नल लाइन मॉडलिंग (SPICE या विशेष सॉफ़्टवेयर) के साथ सर्किट इंजीनियर के साथ मिलकर निर्णय लिया जाना चाहिए। हालांकि, लाइन को समन्वयित करने की आवश्यकता का सवाल हमेशा मुद्रित सर्किट बोर्ड के डिजाइनर द्वारा शुरू किया जाता है यदि अन्य तरीकों से आवश्यक स्तर के विरूपण प्रदान करना संभव नहीं है।

यह आलेख सबसे पहले जर्नल 3 में प्रकाशित हुआ था। पत्रिका के संपादकों के साथ हैबर के प्रकाशन पर सहमति बनी है।