目次
1) 抵抗、コンデンサ、インダクタは理想的なデバイスではなく、高周波では等価回路が存在します。
1. 高速信号の定義:
(1) 50MHz を超える周波数の信号はすべて高速信号です。
(2)信号が高速であるかどうかは周波数には直接関係しませんが、信号の立ち上がりエッジ (または立ち下がりエッジ) 時間が 50ps 未満の場合、その信号は高速信号とみなされます。
(3)信号が存在する伝送路の長さが伝送信号の波長の 1/6 倍を超える場合、その信号は高速信号とみなされます。
(4)信号が伝送路に沿って伝送され、表皮効果とイオン化損失が大きい場合、それは高速信号とみなされます。
上記の定義はすべて、ある程度合理的です。著者の見解は次のとおりです。「電子システム設計エンジニアの場合、信号がシステム内で正常に動作することを確認する十分な自信と証拠がない場合、特別な処理を実行する必要があり、レイアウトや配線を決定するためにシミュレーションが必要になります。 、マッチングやシールドなどの設計上の制約は、現時点では高速信号として扱われる必要があります。」
2.については、信号周波数が高いことは高速信号の十分条件ではありますが、必要十分条件ではなく、もちろん信号の立ち上がりエッジと立ち下がりエッジも非常に重要な判断基準となります。信号の立ち下がりエッジ時間値が小さいほど、信号の高周波成分が多くなり、信号帯域幅が広くなり、信号の完全性を考慮する必要があります。
2. 濃度定数と分布定数:
(1)集中定数：いわゆる「集中」とは、回路図上で実際の寸法を持つ各部品とその伝送線路を、寸法を含まない単一の回路記号またはリード線で表すことを意味します。つまり、実際のサイズを持つ素子とその伝送線路は「サイズが一点に集中していない場合」として扱われる。低周波回路は集中定数回路とみなすことができます。
(2)分布定数：いわゆる「分布」とは、各部品や伝送線路を実寸法の部品として扱い、小さな部品として一体化して処理することをいいます。つまり、伝送線路を回路要素として扱う。高周波回路は分布定数回路とみなすことができます。
注：集中定数回路は分布定数回路の特殊な回路で、伝送線路内の信号の振幅と位相がほぼ一定である場合に使用されます。
元のリンク: https://blog.csdn.net/weixin_40877615/article/details/93623029
3. 高速回線とは何ですか?
一般に、回路の特性について議論するときの基本的な常識は、ワイヤ上のあらゆる場所の電圧 (または信号) は同時に等しいということです。
上記の結論は低速回路では問題ありませんが、実際には電気信号の伝送速度にも限界があります。回路内の信号の周波数がある程度高い場合、信号の変化が配線の送信側から送信側に伝達されず、送信側の信号に新たな変化が生じ、同一配線上の各点の電圧は異なりますが、当時は高速回路の特性を伴うため、デジタル回路やアナログ回路の基礎理論を使って解析することはできませんでした。
高速回路と低速回路の間には明確な境界はありません。高速回路と低速回路の違いは、分散系と集中系の考え方で回路を検討することであり、低速は信号が一点に集中しているとみなして解析できるのに対し、低速は信号を集中して解析することができます。高速信号の伝送路上の各点のレベルは異なります。一部の文献では、信号の伝送路長が λ/6 (1/6 波長) より長い場合、信号は高速信号であると見なされます。実際、回路内の信号の波長がトレースの長さと同じ桁である場合 (または波長がトレースよりも長い場合)、その信号は高速信号と見なされます。
たとえば、100M ネットワークカードの通信回線の最大速度が 100MHz である場合、その波長は λ=c/100M (c は光の速度) となり、λ=3m となります。この信号がコンピュータに接続されている場合、ルータを介した場合、波長と経路長は等価です ここで高速信号とみなされますが、プリント基板上の配線の長さが数センチメートルを超えない場合は低速信号と見なすことができます信号。
ここで、高速信号は必ずしも高周波信号である必要はないことに注意してください。一部の RS-485 信号線では、伝送長が 1km の場合、たとえ信号ボーレートが数百 k であっても、高速信号と見なす必要があります。また、デジタル信号は方形波であり、実際には高周波成分が含まれているため、高速回路はデジタル回路における概念であることに注意してください。波長を計算するためにデジタル信号の周期を使用する代わりに、デジタル信号の立ち上がり時間/立ち下がり時間を使用します。実際に最高周波数を推定し、次の図に示すように波長を取得し、tr と tfを使用して計算します。
4. 高速回路検討時の注意点
1) 抵抗、コンデンサ、インダクタは理想的なデバイスではなく、高周波では等価回路が存在します。
2種類の高速回路では、抵抗、コンデンサ、インダクタなどの素子は理想的な特性ではなくなり、抵抗、コンデンサ、インダクタを組み合わせた特性と等価になります。
抵抗の高周波等価回路は次のようになります。
下図は抵抗のインピーダンスの絶対値と周波数の関係を示したもので、低周波では抵抗のインピーダンスはRですが、周波数が高くなって一定以上になると寄生容量の影響が大きくなります。インピーダンスが低下する主な要因。周波数が上昇し続けると、リード線のインダクタンスの影響により全体のインピーダンスが上昇し、非常に高い周波数では開線または無限インピーダンスを表します。
コンデンサの高周波等価回路:
コンデンサのインピーダンスの絶対値と周波数の関係は下図のようになりますが、コンデンサは誘電損失の存在とリード線の長さが有限であるため、抵抗と同様の共振特性を示します。周波数が共振周波数より高い場合、インダクタンス特性を示します。
インダクタの高周波等価回路:
周波数が共振点より低い場合はインダクタンスの特性を示し、共振点に近づくとインダクタのインピーダンスが急激に増加し、周波数が上昇し続けると寄生容量の特性が顕著になります。そしてインピーダンスは徐々に減少します。
高速信号の経路では、ワイヤはもはや理想的ではなく、抵抗、インダクタンス、およびキャパシタンスで構成される回路と等価になる可能性があります。
2) 信号の反射、オーバーシュート、リンギング
伝送ライン上でインピーダンスが整合していないと、信号がインピーダンス不連続点に伝送される際に反射され、信号が歪んでしまいます。歪みがひどくなると、信号認識の失敗が発生し、信号歪みによりノイズに対する回路の感度も高まります。
デジタル信号のジャンプエッジのオーバーシュートやリンギングも信号の反射によって発生することが多く、多重反射後の信号と元の信号が重なり合うことで発生します。以下の例に示すように:
3) 信号遅延とタイミングエラー
高速信号は伝送路に比べて立ち上がり時間が非常に短いため、同期が必要な2つの信号が異なるタイミングで目的地に到着すると、読み出しレベルを誤ったり、中間レベルを読み出したりする可能性があります。州。
4) 信号のクロストーク
クロストークは、信号が 1 つの信号線を通過するときに、関連する信号が PCB 上の隣接する信号線に誘導されるという事実によって現れます。高速回路では一般信号の立ち上がりエッジも比較的急峻であり、信号線間のクロストークが発生しやすくなります。次の図に示すように、クロストークは一般に分布容量と分布インダクタンスによって発生します。
5) 電磁放射
一般に、高速回路は低速回路に比べて周波数が高く、システムの電源がオンになると、より多くの電磁波が周囲環境に放射され、その結果、周囲環境の電子機器の正常な動作が妨げられます。
同時に、高速回路は、インピーダンス、クロストーク、遅延などに対する自身の感度により、外部電磁干渉の影響を受けやすくなります。設計時には特別な考慮が必要です。
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