W wielu przypadkach, PCB okablowanie przechodzi przez otwory, punkty testowe, krótkie przewody itp., z których wszystkie mają pojemność pasożytniczą, co nieuchronnie wpłynie na sygnał. Wpływ pojemności na sygnał należy analizować od strony nadawczej i odbiorczej i ma to wpływ na punkt początkowy i końcowy.

Najpierw kliknij, aby zobaczyć wpływ na nadajnik sygnału. Gdy szybko rosnący sygnał kroku dociera do kondensatora, kondensator jest szybko ładowany. Prąd ładowania jest związany z szybkością wzrostu napięcia sygnału. Wzór na prąd ładowania to: I=C*dV/dt. Im wyższa pojemność, tym wyższy prąd ładowania, tym szybszy czas narastania sygnału, im mniejsze dt, tym wyższy prąd ładowania.

Wiemy, że odbicie sygnału jest związane ze zmianą impedancji, którą wyczuwa sygnał, więc dla analizy spójrzmy na zmianę impedancji, którą powoduje pojemność. Na początkowym etapie ładowania kondensatora impedancja wyrażana jest jako:

Tutaj dV jest w rzeczywistości zmianą napięcia sygnału skokowego, dt jest czasem narastania sygnału, a wzór na impedancję pojemnościową przyjmuje postać:

Z tego wzoru możemy uzyskać bardzo ważną informację, gdy sygnał skoku zostanie podany do stopnia początkowego na obu końcach kondensatora, impedancja kondensatora jest związana z czasem narastania sygnału i jego pojemnością.

Zwykle na początkowym etapie ładowania kondensatora impedancja jest bardzo mała, mniejsza niż impedancja charakterystyczna okablowania. Negatywne odbicie sygnału występuje na kondensatorze, a ujemny sygnał napięcia nakłada się na sygnał pierwotny, co powoduje spadek sygnału w nadajniku i niemonotoniczność sygnału w nadajniku.

Dla końca odbiorczego, po tym, jak sygnał dotrze do końca odbiorczego, następuje dodatnie odbicie, odbity sygnał osiąga pozycję kondensatora, pojawia się ten rodzaj ujemnego odbicia, a napięcie ujemnego odbicia odbite z powrotem do końca odbiorczego powoduje również sygnał przy odbiorze koniec, aby generować spadek.

Aby szum odbity był mniejszy niż 5% wahań napięcia, które są tolerowane dla sygnału, zmiana impedancji musi być mniejsza niż 10%. Więc jaka powinna być impedancja pojemnościowa? Impedancja pojemnościowa jest impedancją równoległą i możemy użyć wzoru na impedancję równoległą i wzoru na współczynnik odbicia, aby określić jej zakres. W przypadku tej równoległej impedancji chcemy, aby impedancja pojemności była jak największa. Zakładając, że impedancja pojemności jest K razy impedancja charakterystyczna okablowania PCB, impedancję odczuwaną przez sygnał na kondensatorze można uzyskać według wzoru na impedancję równoległą:

Oznacza to, że zgodnie z tym idealnym obliczeniem impedancja kondensatora musi być co najmniej 9 razy większa od impedancji charakterystycznej płytki drukowanej. W rzeczywistości, gdy kondensator jest ładowany, impedancja kondensatora wzrasta i nie zawsze pozostaje najniższą impedancją. Dodatkowo każde urządzenie może mieć indukcyjność pasożytniczą, co zwiększa impedancję. Więc ten dziewięciokrotny limit można złagodzić. W poniższej dyskusji załóżmy, że limit wynosi 5 razy.

Za pomocą wskaźnika impedancji możemy określić, jaka pojemność może być tolerowana. Impedancja charakterystyczna 50 omów na płytce drukowanej jest bardzo powszechna, więc do jej obliczenia użyłem 50 omów.

Stwierdza się, że:

W tym przypadku, jeśli czas narastania sygnału wynosi 1ns, pojemność wynosi mniej niż 4 pikogramy. I odwrotnie, jeśli pojemność wynosi 4 pikogramy, czas narastania sygnału wynosi w najlepszym razie 1ns. Jeśli czas narastania sygnału wynosi 0.5ns, ta pojemność 4 pikogramów spowoduje problemy.

Obliczenia tutaj mają tylko wyjaśnić wpływ pojemności, rzeczywisty obwód jest bardzo złożony, należy wziąć pod uwagę więcej czynników, więc to, czy obliczenia tutaj są dokładne, nie ma praktycznego znaczenia. Kluczem jest zrozumienie, jak pojemność wpływa na sygnał poprzez te obliczenia. Gdy już percepcyjnie zrozumiemy wpływ każdego czynnika na płytkę drukowaną, możemy zapewnić niezbędne wskazówki dotyczące projektu i wiedzieć, jak analizować problemy, gdy się pojawią. Dokładne szacunki wymagają emulacji oprogramowania.

Wnioski:

1. Obciążenie pojemnościowe podczas trasowania PCB powoduje, że sygnał po stronie nadajnika będzie powodował spadek prędkości, a sygnał końca odbiornika również spowoduje spadek prędkości.

2. Tolerancja pojemności jest związana z czasem narastania sygnału, im szybszy czas narastania sygnału, tym mniejsza tolerancja pojemności.