阻抗对设计的影响

关键的外卖

• 介绍阻抗-它是什么和它如何影响电路操作。
• 寄生现象导致阻抗和解决如何有效地阻抗结构模型。
• 讨论输电线路,包括最常见的品种。

阻抗效应是利用稳定的功率输出的好处从AC三相设计。

在电子阻抗是一个核心主题,通过扩展,PCB设计。学习电路理论第一次设计师很快遇到阻力的概念,它与电流和电压的关系通过欧姆定律。然而,与直流电阻运行得非常好,包括元素的响应电流,但它实际上是一个真正的物理简化。交流电的引入,然而,表明,抵抗是不足以解释错综复杂的电力系统和电流和电压阶段。

在PCB设计中,阻抗是无处不在的,不断作用于电路设计的各个方面,从分层盘旋飞行和controlled-impedance结构晶体管级的电路性能的元素设计的抽象。最好理解阻抗的作用,以及它如何影响董事会的特点,也是值得的开始更详细深入的基础阻抗。

从电阻阻抗构建

阻抗是一个复杂的、综合形式的阻力。而阻力关注只有实值项和电抗覆盖imaginary-valued项,总耗散的阻抗是一个一体化的测量和移相的影响发生电路电能穿过。更普遍的是,阻抗表示反对整个电路:电流负载的阻抗越大,就越可能必须开发驱动电流通过。

	电阻	电抗
价值	真正的	虚构的
损失	有损	无损的
机制	由于焦耳加热能量消散	商店和电磁场的形式释放能量
效果	反对流动的电流	创建一个电压和电流之间的不匹配阶段
理想的元素	电阻器	电感、电容
频率依赖性	没有	是的

比较阻抗的电阻和电抗的贡献

返回值的复杂性质,电阻和电抗是不相容的,不结合(大小除外),但电抗本身包含两个正面和负面两种测量值:分别感抗和容抗。符号代表原始信号的相移,在电容电抗电压滞后π/ 4弧度后电流和感应电阻电流滞后电压后π/ 4弧度。

需要注意的是电抗是频率相关之前,容抗主导低频感抗在更高的频率。在这两个极端之间,存在一个电抗相等,称为共振频率,电路的阻抗是最小化由于取消电抗。共振,更一般的阻抗匹配,在各种电路中使用的主题由于一些显著的特点:

• 马克斯权力交接——权力最大化负载一些源阻抗,阻抗的负载应该设计这样ZL = z *(负载阻抗必须源)的复共轭。复共轭条件出现时,电感或电容电抗源平衡大小相等而方向相反的电抗负载,电阻相等。作为特定阻抗的共轭复数频率依赖性,平衡负载针对源在窄带宽电路简单,但在宽的带宽的应用程序变得更加复杂。
  
• 反射——射频电路有可能产生反射,如果负载不匹配。在这些拓扑,源和负载的阻抗匹配线的特性阻抗。忽略匹配负载和源线的特性阻抗可以从振荡导致损失发生在特定的频率以及反射,可以对敏感设备造成损害。
  
• 过滤-经常,阻抗匹配要求使用过滤器或过滤分离所需的网络带宽的信号。根据滤波器的品质因数和董事会操作,滤波器设计的范围可以从组件存根传输线。

模拟与现场解决阻抗结构

有许多微妙之处参与制造和组装,躲避检测没有一个复杂的系统来准确地跟踪它们。最重要的,寄生的问题在电子技术中需要解决。理想化模型的电阻、电容和电感(以及更多的技术组件)阻抗的贡献是单数,而事实上,每个组件都包含一定数量的电阻和电抗。寄生来自标准电路元素的物理实现。例如,绕组线的traditionally-styled电感或变压器作为小,分布电容的表面线连续面对彼此。此外,所有组件拥有一定数量的电感和电抗。

阻抗变得更加难以计算后考虑分层盘旋飞行设计的物质现实。分层盘旋飞行处理材料的限制,最直接的介电常数和损耗角正切,以及董事会内平面的分布类型。铜的特性阻抗的计算在黑板上一般分为两种数学解决方案:

• 有限元分析(FEA)通过细分成离散和小块,解决方案满足边界条件的微分方程可以应用在局部点的设计。在一个足够小的区域,很可能渗透到设计的复杂性,使得建模在整个表面困难繁琐或完全缺席。这样,有限元分析可以初步,认为是类似于一个无限小的集成方法,在函数只有在非常小的部分,总结逐个进行评估。当然,无限的计算不会身体可能,但大意。
  
• 有限差分(FD)——表面上看,有限差分操作就像有限元分析,对本身的变化非常小的距离函数。与有限元分析,坚定地经营着许多标准微积分元素,FD运作下的近似数值形式非常相似的导数。这并不一定使这项技术或多或少的强大,而是为计算工具提供了另一种数学方法。

现场解决者试图考虑物理变量的大量出现在任何点在空间和准确地衡量他们的贡献。设计师通常会第一次遇到他们在处理分层盘旋飞行软件来确定一个单一的阻抗或双头跟踪在特定的层板。不同的技术标准,如USB可能携带一个特定目标阻抗开发人员构建系统,解决和使用,可以提供一个准确的计算阻抗的一条线。在简单的计算,这可能是生成主要来自跟踪的宽度和介质之间的距离,但更复杂的解决方案将提供一个更全面的方法。

它也值得研究50欧姆阻抗标准为了一个共同的痕迹——这个值是如何到达?在一个特定的内存格式,例如,可能是围绕单一的目标阻抗,less-specified跟踪需要更广泛的实现有效运作。中央的权力利益权衡看着高阻抗(阻抗越高,电流越小,导致更大的能源效率)和制造挑战(必须达到一个高阻抗,痕迹宽度小,定位在z轴进一步从邻近层)。没什么特别值得注意的50欧姆阻抗值;它只存在于一个好了反补贴的力量塑造线路阻抗之间的中间立场。

50欧姆的同轴电缆是一个大家熟悉的例子终止线

输电线路、阻抗控制和匹配

阻抗控制可以被认为是阻抗匹配和固有阻抗之间的融合。阻抗匹配的核心为输电线路保持不变:通过平衡负载和源的特性阻抗线,所有涉及到的组件能操作没有错误或故障是由于信号反射。虽然从理论上讲,阻抗匹配要求复共轭取消反应阻抗,这是一个更具有挑战性的任务在现实世界中考虑寄生的贡献和其他来源。幸运的是,完美的阻抗匹配是不必要的,甚至是鼓励,阻抗匹配函数实际上是一个与一些的误差阈值而不是一个光谱。相反,“足够匹配”是一个合适的条件来消除反射在一条线。在电路设计方面,一系列终止传输线通常需要添加在传输线的输入电阻,金额与源的固有阻抗与传输线的特性阻抗,也通过设计负载的阻抗匹配。

到目前为止,讨论集中在传输线的特性阻抗,但阻抗是由多个组件组成的。首先,它是值得定义一个输电线路扩大范围的主题:输电线路的导体是一对促进E / M能量的转移从一个点到另一个地方。如果这听起来过于普遍,它是任何跟踪或痕迹,与权力的飞机被认为是输电线路。一个简单的看一下不同的impedance-controlled结构提供给设计者:

• 微带——外层导体跨空气和高阻抗衬底。
• 嵌入式微带——像一个微带,但周围基质的两边。
• 对称带状线——类似于嵌入式微带,附加条件是售票员等距放置两个参考平面。
• 双重带状线作为一个对称带状线,导体层(s)的位置不再是参考飞机之间的等距。

由于板内的不同位置,不同的优势会体现在导体内。例如,斯卓普林经验减少阻抗微带相同的物理维度,相声的好处缓解由于接近附近的参考平面。设计师可以利用的利弊某一导体实现挤出最好的性能或适应其他约束规则集。

微带传输线格式最常利用的痕迹设计师

阻抗触动一系列电子产品主题(比这里覆盖),和设计师需要熟悉这个概念在基本层面上更好地理解什么是发生在一个系统在电路级。尽管看起来难以兼顾阻抗的不同方面的功能设计、节奏PCB设计和分析软件提供了强大的工具,可以快速有效地模型系统。此外,这些工具与易于使用的集成OrCAD PCB设计者,让你更好地控制你的设计的方方面面。