У багатьох випадках Друкована плата проводка проходитиме через отвори, прокладки для випробувань, короткі заглушки тощо, всі вони мають паразитну ємність, що неминуче вплине на сигнал. Вплив ємності на сигнал слід аналізувати від передавального та приймального кінців, і це впливає на початкову та кінцеву точки.

Спочатку натисніть, щоб побачити вплив на передавач сигналу. Коли швидко зростаючий кроковий сигнал досягає конденсатора, конденсатор швидко заряджається. Зарядний струм залежить від того, як швидко підвищується напруга сигналу. Формула зарядного струму: I = C*dV/dt. Чим вище ємність, тим вище зарядний струм, тим швидше час зростання сигналу, тим менший dt, також зростає зарядний струм.

Ми знаємо, що відображення сигналу пов’язане зі зміною імпедансу, який відчуває сигнал, тому для аналізу давайте подивимось на зміну імпедансу, яку викликає ємність. На початковому етапі зарядки конденсатора опір виражається так:

Тут dV – це фактично зміна напруги крокового сигналу, dt – час зростання сигналу, а формула імпедансу ємності набуває вигляду:

З цієї формули ми можемо отримати дуже важливу інформацію, коли до крокової сигналу подається початкова ступінь на обох кінцях конденсатора, опір конденсатора пов’язаний з часом зростання сигналу та його ємністю.

Зазвичай на початковому етапі зарядки конденсатора опір дуже малий, менший за характерний опір проводки. Негативне відображення сигналу відбувається на конденсаторі, а сигнал негативної напруги накладається на вихідний сигнал, що призводить до зниження напруги сигналу на передавачі та немонотонності сигналу на передавачі.

Для приймаючого кінця, після того, як сигнал досягає приймаючого кінця, відбувається позитивне відображення, відбитий сигнал досягає положення конденсатора, відбувається таке негативне відображення, і напруга негативного відбиття, відбита назад до приймального кінця, також викликає сигнал на приймальному кінці кінець, щоб викликати пригнічення.

Для того, щоб відбитий шум становив менше 5% коливань напруги, що допустимо для сигналу, зміна імпедансу повинна бути меншою за 10%. Отже, яким має бути опір ємності? Імпеданс ємності – це паралельний опір, і ми можемо використовувати формулу паралельного імпедансу та формулу коефіцієнта відбиття, щоб визначити її діапазон. Для цього паралельного опору ми хочемо, щоб імпеданс ємності був якомога більшим. Якщо припустити, що опір ємності дорівнює K разів характеристичного імпедансу проводки друкованої плати, опір, який відчуває сигнал на конденсаторі, можна отримати за формулою паралельного імпедансу:

Тобто, згідно з цим ідеальним розрахунком, опір конденсатора має бути щонайменше в 9 разів більшим за характеристичний опір друкованої плати. Фактично, під час заряду конденсатора опір конденсатора зростає і не завжди залишається найменшим опором. Крім того, кожен пристрій може мати паразитну індуктивність, що збільшує опір. Тому цю дев’ятикратну межу можна послабити. У наступному обговоренні припустимо, що межа становить 5 разів.

За допомогою показника імпедансу ми можемо визначити, яку ємність можна терпіти. Характеристичний опір 50 Ом на друкованій платі дуже поширений, тому для його розрахунку я використав 50 Ом.

Зроблено висновок, що:

У цьому випадку, якщо час зростання сигналу дорівнює 1 нс, ємність становить менше 4 пікограм. І навпаки, якщо ємність становить 4 пікограми, час зростання сигналу в кращому випадку становить 1 нс. Якщо час зростання сигналу становить 0.5 нс, ця ємність на 4 пікограми спричинить проблеми.

Розрахунок тут лише для того, щоб пояснити вплив ємності, фактична схема дуже складна, потрібно враховувати більше факторів, тому чи точність розрахунку тут не має практичного значення. Ключ – зрозуміти, як ємність впливає на сигнал за допомогою цього розрахунку. Отримавши перцептивне розуміння впливу кожного фактора на друковану плату, ми можемо надати необхідні вказівки щодо проектування та знати, як аналізувати проблеми, коли вони виникають. Точні оцінки вимагають емуляції програмного забезпечення.

Висновок:

1. Ємнісне навантаження під час маршрутизації друкованої плати спричиняє подачу сигналу на кінці передавача, а сигнал на кінці приймача також спричинятиме зниження.

2. Допуск ємності пов’язаний з часом зростання сигналу, чим швидше час зростання сигналу, тим менший допуск ємності.