信号完整性

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差分对阻抗：使用计算器设计PCB

差分对阻抗：使用计算器设计PCB 1 min Blog 我在高中时上过各种各样的计算机课程，并且始终有一个疑问，那就是为什么以太网电缆中的导体要相互缠绕在一起？我不知道原来这是一种简单的设计方法，可以确保信号在不互相干扰的情况下抵达目的地。有时，复杂问题的最佳解决方案实际上也是最简单的解决方案。差分对布线不只局限于以太网线缆；它也是高速PCB中的关键布线和设计技术之一。电路板设计人员通常从单端走线而不是差分对走线的角度来讨论传输线阻抗，但是清楚地理解和计算差分对阻抗对于确保整个电路板的受控阻抗至关重要。电抗、电感和阻抗等因素通常可以归结为一个简单的解决方案。差分阻抗何时起到重要作用？高速/高频PCB中的阻抗失配会严重破坏信号。当单端走线中存在明显的阻抗失配时，会出现诸如由于产生信号共振而导致的振铃之类的问题。这同样适用于不同的对；但与具有高输入阻抗的负载相连的端接对是个例外（例如，LVDS）。就像单端阻抗一样，当走线表现为差分传输线时，差分对阻抗具有重要意义，具体取决于给定走线上的传输延迟。在信号上升时间非常短的情况下，差分对阻抗应与源和负载元器件匹配。除非走线与其上游和下游元器件之间的失配很严重，否则通常不需要进行阻抗匹配。您需要通过查看信号标准所允许的阻抗失配来确定临界长度，当超过该临界长度时，需要执行阻抗匹配。对于数字信号，这一有效长度可以转换回上升时间；对于模拟信号，可以转换成该对长度的一部分波长。如果信号上升时间少于沿走线的往返传输延迟的两倍，则应将走线视为传输线。如果您想要保守一点，那么当带宽扩展到GHz范围内时，应始终在高速和高频PCB中进行阻抗匹配，这是因为信号波长/传播延迟长度将在几厘米的数量级上。如果走线的传输延迟大于上升时间或振荡周期界定的临界往返传输延迟的10％，那么将走线视为传输线是一种更加保守的行业标准规则。在不确定的情况下，匹配阻抗以防止信号反射问题的做法更为安全。差分对中的耦合，可以决定差分阻抗。对于差分对阻抗，通过一些简单的公式，可以仅使用特征阻抗和耦合强度来估算差分对的阻抗（未连接任何负载时）。与Ben Jordan一起观看此次网络研讨会，以了解有关计算的更多信息，并查看用于差分微带线的简单公式。对于数字信号和宽带模拟信号，在计算差分阻抗时，需要考虑到信号的频谱。对于数学家来说，数字信号中的频率内容可以表示为模拟频率的总和，并且由于电介质中的色散，数字信号的每个模拟部分的介电常数都将略有不同。这意味着搭载数字信号的差分对中的耦合会在数字信号或宽带模拟信号的整个频谱范围内变化。这些事实使差分对阻抗和单端走线阻抗的计算变得相当困难，除非您拥有一个定义电介质中色散的模型。如果您不喜欢求解耦合型偏微分方程组（参见Telegrapher的方程式），那么正确的差分阻抗计算器可以帮助您确定用于所需差分阻抗值的正确走线宽度、间距和与参考面的距离。差分阻抗计算器与多个差分阻抗计算器一起使用时，需要事先知道走线的介电常数。这需要用到另一个根据您的特定几何形状定制的阻抗计算器，或者您需要手动计算出PCB基板中每个频率的介电常数。获得介电常数并选择走线排列后，就可以开始运行计算以确定正确的几何形状了。您可以使用几何参数，直到达到所需的阻抗水平，或者可以约束几何形状，并将计算出的阻抗值用于PCB中的阻抗匹配。大多数计算器返回的差分阻抗值等于每条走线的阻抗之和（包括耦合造成的阻抗）。将该值除以2可以得到每条走线的奇模阻抗值。在极限情况下，将走线之间的间距设置为非常大的值会导致走线的阻抗收敛到具有相同几何形状的单端走线的特征阻抗。许多在线差分阻抗计算器的一个缺点是它们不允许您将阻抗作为频率的函数来计算。一些RF计算器仅在特定频率（通常为2.4 GHz）上执行计算，否则它们会要求您必须指定您选择的单个频率。差分对阻抗及其S参数与频率有关，这是由于色散（如上所述）以及负载分量对中等长度走线中的输入阻抗的影响所致。我在网上看到的所有差分对阻抗计算器都没有考虑到这些事实。他们只是简单地计算隔离差分对的阻抗。

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全球的ISM频段 1 min Blog ISM频段（工业、科学和医疗）是RF（无线电频率）频谱的一部分，为科学、医疗和工业设备的一般使用而保留。正如名称所示，它们的创建是为了响应这些行业对RF频谱的特定需求，以便在不必与传统的RF密集用户——通信和防御部门竞争的情况下执行功能。关于ISM频段需要注意的关键一点，从名称中可以推断出，它们是专门为了排除明确用于音频通信的设备而设立的。这种应用有自己的频段，并且通常需要频率许可才能运行。这确保了在ISM频段中运行的设备不能通过频率隔离干扰通信设备，而不是依赖于测试和认证来确保这种干扰不会发生。这简化了在ISM频段中运行的设备的审批过程，因此ISM频段有时被称为无许可频段。必须明确的是，无许可意味着设备不需要来自电信监管机构的个别许可。这与不受监管不同；设备仍然需要满足严格的规定，并由适当的监管机构认证。 ISM频段的创建是因为无线电频谱不断增加，充斥着各种通信、广播、电视、雷达等应用，包括挤占其他潜在用户空间的微波炉。另一个问题是，不同的RF频段被用于全球不同的应用，所以特定应用可用的频率取决于设备预期在哪个国家运行。这类设备的增长是巨大的；从无线电控制玩具、遥控车库门开启器、婴儿监视器、无绳电话、WiFi到蓝牙，所有这些都使用ISM频段。这是家用电器RF利用率增加的趋势，而且这种趋势看起来不会减少。那些年龄足够大，还记得移动电话引入时的人可能会记得，由于使用的频率不同，美国购买的手机在欧洲无法使用。直到开发出能够跨多个频段运行的手机，从美国前往世界其他地区的人才能使用自己的手机。ISM频段被国际采纳，以消除设备（尽管不包括移动电话）的漫游问题，并创造了两个重大机会。首先，任何国家开发的使用RF的产品，只要它获得了其他国家的电磁兼容认证，就可以在任何认可ISM频段的其他国家销售。其次，用户可以在这些国家旅行时继续使用这样的设备。 ISM频段非常受欢迎，因为无线电频率设备可以在无需用户许可的情况下使用它们。设备的创建者只需要获得电磁兼容性认证，就像它们在任何其他频段操作一样。如果设备使用预认证的RF模块或仅接收数据，则无需额外的认证或许可费用来实施无线通信。这在通过测试和审批流程的时间、努力和财务成本方面代表了显著的节省。这使得最终用户的采用变得更加简单，因为每个最终用户/公司不必获得政府颁发的许可证就可以使用设备，他们可以简单地开机并开始使用，无需额外的监管障碍和费用。 ISM频段的定义 ISM频段由国际电信联盟（ITU）无线电规章定义，尽管对地区差异做了允许。这通过定义两种类型的ISM频段来满足需求。第一种类型适用于全球，并附带一个警告，即在这些频段内运行的任何通信服务必须容忍由其他在其中运行的设备引起的有害干扰水平。第二种类型适用于区域基础。虽然指定用于ISM无线电频率应用，但这些应用可能需要在它们运行的国家的相关监管机构特别授权的通信服务。这使得这些频段不适合针对全球应用。 ISM频段频率限制 ISM频段类型 6.765 MHz 6.795 MHz 区域性 13.553 MHz 13.567 MHz

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