伝送線路

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同じネット上で直列終端と並列終端を使用できますか？

同じネット上で直列終端と並列終端を使用できますか？ 1 min Blog 電気技術者

電気技術者

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電気技術者デジタル信号において、直列終端と並列終端は最も一般的な抵抗終端オプションです。その理由は、抵抗が広帯域の量であり、GHz範囲に達するまで寄生成分の影響を受け始めないからです。ほとんどのデジタル信号に関連するチャネル帯域幅では、インターフェースにインピーダンス仕様がなくても、終端されていないラインが実際に終端を必要とする場合があります。両方のオプションがデジタル信号に適しているため、インピーダンス仕様のない長い伝送路を終端するにはどちらを使用すべきでしょうか？両方を使用すべき、またはすべてのネットに両方を使用できるという認識があることがあります。両方を同時に使用できる場合もありますが、通常は一方が選ばれ、それによって他方の必要性がなくなることが多いです。この記事では、直列終端と並列終端における信号処理、および両方の終端が見られる特殊なケースについて見ていきます。直列および並列終端による伝達関数以下の説明は、信号ダイナミクスそのものに基づいているわけではありません。そのためには、Kella Knackのこの優れた記事を読むことができます。これは例の波形を示しています。代わりに、私は伝達関数の観点から、伝送線内の電圧レベルに何が起こるかを正確に示します。これは、デジタル信号に対する帯域幅の影響も明らかにします。以下で示すこれら2つの終端に関して、そしてなぜそれらが同じネット上で一緒に使用されることがしばしばないのかについては、以下の仮定に基づいています：インターフェースには指定されたインピーダンス目標がなく、トレースインピーダンスは何でもあり得るドライバーインピーダンスは一般に低い値であり、負荷インピーダンスは単純な負荷容量としてモデル化されるドライバー出力インピーダンスは既知であるか、または測定やシミュレーション（IBIS）から決定できるそれでは、これらの終端を詳しく見ていきましょう。直列終端伝達関数以下に示された回路は、ABCDパラメータから伝送線伝達関数を決定するために使用される形式を示しています。Sパラメータを使用することもできますが、ABCDパラメータの方がはるかに簡単です。伝達関数は、負荷電圧と源電圧の比です。伝達関数アプローチの素晴らしい点は、負荷電圧が上記のように源インピーダンスの観点から明確に定義されていることです。これで、私たちは源インピーダンスと任意の直列抵抗を代入することができます。直列抵抗器が伝送線を完全に終端するために使用される場合、抵抗器はR = ZS

シミュレーション駆動型PCB設計

シミュレーション駆動設計は、PCBの信号問題などを解決できます 1 min Blog シミュレーションエンジニア

シミュレーションエンジニア

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シミュレーションエンジニア電子業界や研究分野で働いている場合、シミュレーションが日常的な作業の一部である可能性があります。よりシンプルなシステムは直感に頼って設計され、設計完了後にシミュレーションされますが、高周波で動作するまたは非常に高いデータレートを必要とするより高度なシステムは、PCBレイアウトが完了する前後に資格が必要です。シミュレーションソフトウェアは、多くの高度なシステムのPCB設計において、より重要な役割を果たさなければなりません。残念ながら、多くのシミュレーションツールは、PCB設計ソフトウェアのユーザーによる使用を想定して作られていないため、ほとんどの設計者にとって直感的ではありません。しかし、これらのシステムは使いやすさの面で大きく改善されつつあり、設計プロセス内での使用がシミュレーションツールを非常に強力にするものです。 PCBシミュレーションで調べるべきこと電子設計におけるシミュレーション駆動型設計は、設計ツール、データ管理システム、およびシミュレーションアプリケーション間のインターフェースを作成することから始まります。今日のプロの電子設計チームは、電気、機械、熱、および信頼性の分野にまたがる経験を持つ多機能チームです。設計チームは、物理設計データを迅速に共有し、シミュレーションモデルをエクスポートし、設計評価シミュレーションを実行するのに役立つシステムを必要としています。 PCBのシミュレーション駆動型設計プロセスは、3つの広範な領域にわたり、特定のプロセスに従います：回路シミュレーション基板レベルのシミュレーション組立シミュレーションこのプロセスは反復的であるため、以前のステップに戻ることを示す矢印を描きます。回路シミュレーションの結果で問題が特定された場合、回路設計を修正するために回路図に戻る必要があります。PCBシミュレーションの段階で、結果は回路、PCBレイアウト、またはその両方の修正を必要とすることを示すかもしれません。これは、EMIシミュレーション、SI/PI、および熱シミュレーションの場合に当てはまります。これらの結果はすべて、回路に必要な変更を示す可能性があり、それによってPCBレイアウトの変更を余儀なくされるかもしれません。回路シミュレーション（伝送線を含む！） SPICEを使用する人は、回路シミュレーションについてよく知っています。SPICEシミュレーションでは、時間領域と周波数領域の両方で、重要な振る舞いの広範囲を調査し評価することができます。SPICEシミュレーションは、回路設計者の主要な支柱であり、基本的なアナログ回路と電力回路が意図した機能を提供するかどうかを決定する後のシミュレーションで回路の電力期待値を使用する精密回路のコンポーネント許容差を検証する現象論的論理回路で特殊ロジック機能を検証するこれらのタスクは、コンポーネントのモデル定義が利用可能である限り、SPICEシミュレーションで実行できます。上記のエリアのいずれかは、それ自体の記事のスペースを取る可能性がありますが、ここではそれらの点については触れません。デジタル信号の整合性やRF信号のシミュレーションが回路やスキーマティックレベルで必要なシステムは、はるかに高度であり、その構造の振る舞いを定義する等価回路モデルまたは線形ネットワークが必要です。これらの構造を回路で使用するシミュレーションでは、ネットワークパラメーター、通常はABCDパラメーターや他の線形ネットワークパラメーターセットを使用して、線形コンポーネント間で簡単にカスケードできます。意図したスタックアップで候補となる伝送線またはRF構造を設計する Sパラメーターや伝達関数を使用して、通常はその性能をシミュレートする

膝周波数の導出

ニー周波数の式はどこから来たのか？ 1 min Blog ニー周波数は信号帯域幅とは関係ありませんが、チャネル帯域幅とは全てが関係しています。

PCBのクリティカル長

私たちは皆、クリティカルレングスルールの引用をやめることができますか？ 1 min Blog 高速PCB設計において、PCBクリティカルレングスルールの使用をやめることにしましょう。

反射なしマッチング対共役マッチング

反射なしマッチング対共役マッチング：一見矛盾しているように見える 1 min Blog 反射なしマッチングと共役マッチングは矛盾していますか？パワーウェーブとSパラメータの公式を見ると、これらが異なる点がわかります。

NVMe M.2 PCIe コネクタスタブ

PCIeコネクタ上のスタブに関する簡単な研究 1 min Blog スタブは、高速PCB設計において重要な話題であり、高速デジタル相互接続の全てのビアからスタブを常に取り除くべきだという長年のガイドラインがあります。スタブは高速ラインにとって悪いものですが、必ずしも取り除く必要はありません。より重要なのは、損失プロファイルと周波数を予測し、そのような損失を防ぐために適切にフロアプランを立てることです。この記事では、Altium Designerに同梱されているMiniPCの例題プロジェクトを使用して、高速PCB上でのPCIeルーティングに関するいくつかのシミュレーション結果を見ていきます。問題となるシミュレーションでは、コネクタから出るPCIeレーンのSパラメータを計算します。これらのシミュレーション結果を見ることで、スタブがビアやコネクタの遷移においてシグナルインテグリティにどのように影響を与えるかを、シミュレーションの観点から理解するのに慣れていない設計者が、適切なコンポーネント選択、配置、およびルーティングの選択を行うのに役立ちます。スタブとPCIeルーティングにおける潜在的な問題 PCIeルーティングでは、レーンはAC結合キャパシタを備えた差動ペアとしてルーティングされます。これらの差動ペアをコネクタを通して周辺機器、例えば拡張カードに接続することが一般的です。これらの拡張スロットコネクタを通してルーティングする過程で、最大帯域幅を制限する可能性のあるライン上に残余スタブが存在する場合があります。これはシミュレーションで非常に正確な結果を得ることができ、PCIeチャネルの正確な帯域幅を特定することができます。高速伝送線上のスタブは、PCIeレーン上で高周波インピーダンストランスフォーマーのように振る舞うことができるため、損失や反射を引き起こす可能性があります。この記事でスタブ分析についてさらに読む。 PCIeレーン上のスタブを制限することが推奨されていますが、アドインカードやモジュールにルーティングするために使用されるコネクタ上に存在する可能性があります。例として、垂直に取り付けられたPCIeアドインカード用のエッジコネクタはスルーホールコンポーネントであり、コネクタと同じ層上でルーティングする際に使用可能な信号帯域幅を制限する役割を果たす可能性があります。特にキャパシタの配置を考慮する場合、反対側の層でのルーティングが好ましいかもしれません。 PCIeレーンのコネクタスタブ損失の例信号がビアスタブを通過する際に発生する干渉効果や、PCIeレーンに沿ってDCオフセットを除去するためのコンデンサが必要であるため、コネクタを介してルーティングする際にビアスタブが損失にどの程度影響を与えるかを研究する価値があります。問題のMiniPCボードは、以下に示すように、PCIeインターフェースを備えたArria 10 FPGAを使用し、スロットコネクタにルーティングされています。以下の分析に必要な他の重要な仕様は、ボードの厚さと誘電率です：ボード厚さ = 2.028 mm 全層でDk

差動ペアのインピーダンス: PCB設計のための演算器の使用

差動ペアのインピーダンス：PCB設計のための演算器の使用 1 min Blog 私は高校でさまざまなコンピューターの授業を受け、なぜイーサネットケーブルの導体が互いにねじれているのか常に疑問に思っていました。これが、信号が互いに干渉することなく目的地に到達することを保証する単純な設計方法であることを、私はほとんど知りませんでした。往々にして、複雑な問題に対する最善の解決策は、実のところ最も単純なものです。導体の差動配線は、イーサネットケーブルに限らず、PCBにおける主要なトポロジーの1つです。回路基板の設計者は、多くの場合、差動トレースではなくシングルエンドトレースの観点から伝送線路のインピーダンスを論じます。一部の設計者は、差動ペアの各配線を固有のシングルエンドトレースとして扱う傾向があります。これにより、各配線間に存在する自然な結合が無視され、差動ペアのインピーダンスとシングルエンドのインピーダンスは大きく異なることになります。伝送線路は本当にあるのか? トレースが伝送線路として動作するかどうかは、特定のトレースでの伝送遅延に依存します。デジタル信号の立ち上がり時間、つまりアナログ信号の発振周期の4分の1が、トレースに沿った往復の伝送遅延の2倍未満である場合は、トレースを伝送線路として扱う必要があります。より保守的な業界標準のルールは、トレースの伝送遅延が、立ち上がり時間または発振周期によって定義される、臨界往復伝送遅延の10%を超える場合に、トレースを伝送線路として扱うというものです。疑わしい場合は、信号反射による問題を防ぐために、インピーダンスを一致させた方が安全です。差動 vs シングルエンドインピーダンス高速/高周波PCBでのインピーダンスの不整合は、信号を乱す可能性があります。信号の共振によるリンギングなどの問題は、シングルエンドの配線にインピーダンスの顕著な不整合がある場合に発生します。通常、低周波信号ではインピーダンス整合は不要です。ただし、トレースとその上流、および下流のコンポーネントの間の不整合が大きい場合は例外です。高速および高周波のPCBでは、インピーダンスは常に一致する必要があります。シングルエンドトレースのインピーダンスは、通常、伝搬信号が含まれているかどうかにかかわらず、隣接するトレースを無視して計算されます。差動ペアでは、隣接するトレースが信号トレースとして逆方向にリターン電流を伝搬すると仮定すると、一方のラインの信号は誘導によって他方のラインに結合されます。またこれらのラインは、基板誘電体に起因する寄生容量をライン間に持ちます。 PCBの差動ペアの配線とビアクロストークがコントロールされるほか、差動トレース間の結合によって、実際には各トレースのインピーダンスが低下します。設計者は、単純なシングルエンドトレースのインピーダンス演算器を使用して差動トレースのインピーダンスを計算すべきではないことに注意する必要があります。デジタル信号の場合は、差動インピーダンスを計算する際に信号の周波数帯も考慮する必要があります。数学的に理解するため、デジタル信号の周波数内容は、アナログ周波数の合計として表すことができます。これは、デジタル信号を伝送する差動ペアでの結合は、デジタル信号の周波数帯全体に大きく依存することを意味します。デジタル信号の強度の大部分は、折点周波数より低い周波数に集中しており、立ち上がり時間の逆数の約3分の1に等しくなります。動作周波数と折点周波数の間のすべての周波数が、インピーダンスの決定要因になります。差動インピーダンス演算器ストリップラインとマイクロストリップの差動ペアは、基層の存在によりインピーダンス値が異なります。対称、および非対称のストリップラインや、埋め込みマイクロストリップも、表面マイクロストリップとはインピーダンス値が異なります。基層の絶縁体および形状により、配線の有効比誘電率が変更され、配線が伝送線路として機能するかどうかを決定する臨界遅延時間も変更されます。多くの差動インピーダンス演算器を使用する場合は、トレースの有効比誘電率を事前に知っておく必要があります。これには、特定のジオメトリに合わせて調整された別の計算機能が必要です。