Читать книгу Сохранение целостности сигналов в печатных платах. Практические рекомендации - Андрей Васильевич Трундов - Страница 6
Линия передачи печатной платы
Типы линий передачи
ОглавлениеВ одной из следующих глав вы узнаете, что скорость распространения электромагнитной волны определяется типом диэлектрика и его основной характеристикой – диэлектрической проницаемостью. Через воздушную среду с диэлектрической проницаемостью близкой к единице при отсутствии магнитных полей волна проходит практически без преломления, как луч света через прозрачное стекло. В воздухе скорость распространения электромагнитной волны близка к скорости света. Также и в проводнике без оплетки волна распространялась бы со скоростью света, если бы не было излучения в свободное пространство.
Линии передачи разделяются на типы по конструкции.
Рис. 3 Типы линий передачи
(затемненные области – токопроводящие материалы линий передачи)
В дифференциальной линии передачи, частным случаем которой являются двухпроводная, твинаксиальная, полосковая и микрополосковая линии, энергия волны сосредоточена между симметрично расположенными проводниками, один из которых принято называть проводом положительной полярности, а другой – проводом отрицательной полярности. Может существовать и дополнительная экранирующая оболочка, улучшающая помехоустойчивость. Важно отметить, что скорость распространения волны в дифференциальной линии передачи в большей степени определяется диэлектрической проницаемостью среды, расположенной между ее проводниками. Это справедливо для двухпроводной, твинаксиальной и полосковой дифференциальной линии передачи. В микрополосковой дифференциальной линии передачи, как видно из рисунка, с одной стороны (внизу) от проводников расположен слой диэлектрика печатной платы, в то время как с другой стороны (вверху) находится воздушная среда. Коэффициенты диэлектрической проницаемости воздуха и диэлектрика платы различаются и большая часть энергии сигнала распространяется с «воздушной» стороны из-за меньших потерь в диэлектрике. Таким образом, скорость распространения волны для микрополосковой дифференциальной линии передачи оказывается выше, чем для полосковой линии передачи, поскольку последняя со всех сторон окружена диэлектриком печатной платы, имеющим больший коэффициент диэлектрической проницаемости и большие потери.
Из этого можно сделать важный вывод.
Если часть линий, например, параллельной шины данных, развести в печатной плате с использованием полосковых линий передачи, а другую часть линий передачи той же шины выполнить с использованием микрополосковых линий передачи, моменты времени, в которые сигналы в разных линиях достигнут приемника, могут значительно отличаться, даже при строгом выравнивании длин линий в печатной плате и кабелях до единиц и долей миллиметра.
В коаксиальном кабеле есть центральный сигнальный проводник, вокруг которого расположен слой диэлектрика и внешняя экранирующая оболочка, играющая роль обратного провода.
Твин- и квадраксиальные кабели состоят из набора двух и четырех коаксиальных линий соответственно, причем нормированным в них является не синфазное, а дифференциальное волновое сопротивление.
В микрополосковой линии передачи сигнальный проводник расположен в одном из внешних слоев платы, а опорный слой или обратный проводник расположен в ближайшем внутреннем слое.
В полосковой линии передачи сигнальный проводник находится в одном из внутренних слоев печатной платы и со всех сторон окружен материалом ее диэлектрика. Если толщина слоя диэлектрика с обеих сторон одинакова, такая линия называется симметричной. Если толщина диэлектрика с одной стороны сигнального проводника меньше, чем с другой, линия называется полосковой асимметричной линией передачи.
На практике все разнообразие названий и конструкций определяет лишь то, что разные линии передачи обеспечивают разную скорость распространения электромагнитной волны, разную задержку распространения, разные потери на излучение, омические потери и потери в скин-слое проводника. Расчет волновых сопротивлений, временных задержек распространения сигнала и других параметров линии передачи – трудоемкая и затратная по времени задача. Поэтому рекомендуется для оценки характеристик применять специальные программы, например:
