ร่องรอยของ PCB เป็นสายส่งนานแค่ไหน?

คําจํากัดความของสายส่งคือสายสัญญาณที่มีการส่งคืนสัญญาณ (ประกอบด้วยสองสายที่มีความยาวหนึ่งคือเส้นทางการแพร่กระจายของสัญญาณและอีกสายหนึ่งคือเส้นทางการส่งคืนสัญญาณ) สายส่งที่พบมากที่สุดคือร่องรอยบนบอร์ด PCB ของเรา สายส่งคืออะไร? ดังแสดงในรูปด้านล่าง, สายคู่บิด, สายโคแอกเชียลและอื่นๆของ

ดังนั้นร่องรอยบน PCB จะเป็นสายส่งนานแค่ไหน?

สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับความเร็วในการแพร่กระจายของสัญญาณ ความเร็วสัญญาณในลวดทองแดงบนแผ่น FR4 คือ 6in / ns พูดง่ายๆก็คือตราบใดที่เวลาไปกลับของสัญญาณบนแทร็กนั้นมากกว่าเวลาที่เพิ่มขึ้นของสัญญาณการติดตามบน PCB ควรได้รับการประมวลผลเป็นสายส่ง

ลองดูว่าจะเกิดอะไรขึ้นเมื่อสัญญาณแพร่กระจายผ่านร่องรอยที่ยาวนาน สมมติว่ามีการติดตาม PCB ขนาด 60 นิ้วดังที่แสดงในรูปเส้นทางกลับคือระนาบพื้นดินของชั้นในของ PCB ใกล้กับเส้นสัญญาณและสายสัญญาณและระนาบพื้นดินจะเปิดที่ปลายสุด

สัญญาณแพร่กระจายไปข้างหน้าบนการติดตามนี้และใช้เวลา 10ns เพื่อส่งไปยังจุดสิ้นสุดของการติดตามและอีก 10ns เพื่อกลับไปที่แหล่งที่มาดังนั้นเวลาไปกลับทั้งหมดคือ 20ns หากเส้นทางไปกลับของสัญญาณข้างต้นถือเป็นลูปกระแสธรรมดาไม่ควรมีกระแสไฟฟ้าในเส้นทางกลับเพราะมันเปิดที่ปลายสุด แต่สถานการณ์จริงไม่ใช่กรณีที่มีกระแสไฟฟ้าเป็นช่วงเวลาแรกของเวลาหลังจากเส้นทางกลับอยู่ในสัญญาณ

เพิ่มสัญญาณที่มีเวลาเพิ่มขึ้น 1 ns ในการติดตามนี้ ใน 1 ns แรกสัญญาณได้เดินทางเพียง 6 นิ้วในบรรทัด ฉันไม่รู้ว่าปลายสุดจะเปิดหรือสั้น แล้วอิมพีแดนซ์รู้สึกใหญ่แค่ไหนกับสัญญาณ? ตัดสินใจ หากเส้นทางไปกลับของสัญญาณถือเป็นลูปกระแสธรรมดาจะมีความขัดแย้งดังนั้นจึงต้องจัดการเป็นสายส่ง

ในความเป็นจริงมีความจุกาฝากระหว่างเส้นสัญญาณและระนาบพื้นดินกลับดังแสดงในรูปด้านล่าง เมื่อสัญญาณแพร่กระจายไปข้างหน้าแรงดันไฟฟ้าที่จุด A จะไม่เปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่อง สําหรับความจุกาฝากแรงดันไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงหมายความว่ากระแสไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นและทิศทางจะแสดงโดยเส้นประในรูป ดังนั้นความต้านทานที่รู้สึกโดยสัญญาณคือความต้านทานที่นําเสนอโดยความจุและความจุกาฝากถือเป็นเส้นทางของการกลับมาในปัจจุบัน สัญญาณจะรู้สึกถึงความต้านทานในทุกจุดที่มันแพร่กระจายไปข้างหน้า ความต้านทานนี้ถูกสร้างขึ้นโดยการประยุกต์ใช้แรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกันกับความจุปรสิตซึ่งมักจะเรียกว่าความต้านทานชั่วคราวของสายส่ง

เมื่อสัญญาณถึงปลายสุดและแรงดันไฟฟ้าที่ปลายสุดเพิ่มขึ้นถึงแรงดันไฟฟ้าสุดท้ายของสัญญาณแรงดันไฟฟ้าจะไม่เปลี่ยนแปลงอีกต่อไป แม้ว่าความจุของกาฝากจะยังคงมีอยู่ แต่ก็ไม่มีการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าและความจุเทียบเท่ากับวงจรเปิดซึ่งสอดคล้องกับสถานการณ์ DC

ดังนั้นประสิทธิภาพระยะสั้นของเส้นทางสัญญาณนี้จึงแตกต่างจากประสิทธิภาพในระยะยาว ในช่วงเวลาสั้น ๆ ประสิทธิภาพคือสายส่ง แม้ว่าปลายระยะไกลของสายส่งจะเปิดอยู่ในช่วงระยะเวลาการเปลี่ยนสัญญาณประสิทธิภาพของส่วนหน้าของสายส่งจะเป็นเหมือนตัวต้านทานที่มีความต้านทาน จํากัด