Was ist Wellenwiderstand?
Der Wellenwiderstand gilt für Wechselstromsignale (oder Hochfrequenzsignale). Der Wellenwiderstand ist ein Konzept für die Langzeitübertragung. Während der Übertragung des Signals in der Übertragungsleitung entsteht an einem Punkt, an dem das Signal ankommt, eine Lücke zwischen der Übertragungsleitung und der Referenzebene. Es entsteht ein elektrisches Feld. Aufgrund des Vorhandenseins des elektrischen Felds wird ein augenblicklicher kleiner Strom erzeugt, und dieser kleine Strom ist an jedem Punkt der Übertragungsleitung vorhanden. Gleichzeitig hat das Signal auch eine bestimmte Spannung, sodass im Signalübertragungsprozess jeder Punkt der Übertragungsleitung einem Widerstand entspricht, der der erwähnte Wellenwiderstand der Übertragungsleitung ist.
Die Kontinuität der charakteristischen Impedanz (ρ) hängt im Wesentlichen von der Stabilität des Verhältnisses der Verteilungsparameter L{{0}} und C0 ab. Wir alle kennen das Ohmsche Gesetz: U=RI, wobei R der Widerstand oder die Widerstandslast in Ohm (Ω) ist. Der Widerstand hängt mit dem spezifischen Widerstand (auch Leitfähigkeit genannt) von Metallmaterialien zusammen. Bei der Übertragung von Hochfrequenzsignalen müssen wir jedoch auch die Übertragungseigenschaften des physischen Mediums (z. B. Twisted Pair, Koaxialkabel, Wellenleiter) verstehen, das Hochfrequenzsignale überträgt. Diese Übertragungseigenschaften unterscheiden sich von denen von Niederfrequenzsignalen. Diese Übertragungseigenschaften hängen mit dem leitfähigen Material des Übertragungsmediums (z. B. Kupfer oder Silber), der Leitfähigkeit (spezifischer Widerstand), der geometrischen Form (am häufigsten zylindrisch), der verteilten Induktivität (L0), der verteilten Kapazität (C0), dem Isoliermaterial (Permittivität) usw. zusammen. Bei der Niederfrequenzsignalübertragung wird jedoch häufig der Einfluss dieser Verteilungsparameter und der Dielektrizitätskonstante des Isoliermaterials nicht berücksichtigt.
Warum den Wellenwiderstand testen?
Wenn ein Lichtstrahl aus der Luft ins Wasser schießt, wird er reflektiert, da die Lichtleitereigenschaften von Licht und Wasser unterschiedlich sind. Ebenso tritt bei der Signalübertragung eine Reflexion auf, wenn sich der Wellenwiderstand auf der Übertragungsleitung ändert. Die Wellenlänge ist umgekehrt proportional zur Frequenz. Die Wellenlänge des Niederfrequenzsignals ist viel größer als die Länge der Übertragungsleitung, sodass das Reflexionsproblem im Allgemeinen nicht berücksichtigt werden muss. Im Hochfrequenzbereich kann das reflektierte Signal leicht mit dem ursprünglichen Signal verwechselt werden, wenn die Wellenlänge des Signals und die Länge der Übertragungsleitung gleich groß sind, was die Signalqualität beeinträchtigt. Durch Impedanzanpassung können Hochfrequenzsignalreflexionen effektiv reduziert und eliminiert werden. Daher müssen wir den Wellenwiderstand testen und den ausgeglichenen und stabilen Wert erfassen, um das durch Reflexion verursachte schlechte Testphänomen zu verbessern. Daher ist die Impedanzstabilität sehr wichtig, um die Eigenschaften der Differenzsignalleitung zu steuern. Die Impedanz ist sehr wichtig für die Integrität von Hochgeschwindigkeits-Digitalsignalen, da der Wert des Wellenwiderstands das Augendiagramm des Differenzsignals, die Signalbandbreite, den Signaljitter und die Störspannung auf der Signalleitung beeinflusst.
Problem der USB-Impedanzanpassung; warum die charakteristische Impedanz von USB 90 Ohm beträgt
Je nachdem, warum Sie die Impedanz testen müssen, müssen Sie eine Impedanzanpassung durchführen, wenn Sie eine qualifizierte Impedanz erhalten möchten. Wenn Ihre USB-Schnittstelle zum Übertragen von Daten verwendet wird und die Geschwindigkeit im Hochgeschwindigkeitsbereich liegt, müssen Sie das Datenkabel der USB-Schnittstelle an die Leiterplatte anschließen. Zur Impedanzanpassung können Sie speziell eine Differenzimpedanz von etwa 90 Ohm entwerfen, die nur für ein Leitungspaar gilt, das Daten überträgt. Wenn die Geschwindigkeitsanforderungen nicht hoch sind, ist es natürlich kein Problem, wenn die Impedanz nicht verwendet wird, aber bei Hochgeschwindigkeitsanwendungen wirken sich Stabilität und Geschwindigkeit aus. Viele Hochgeschwindigkeitssignalleitungen, wie z. B. CVBS-Signalleitungen mit einer charakteristischen Impedanz von 75 Ohm, LVDS-Datensignalleitungen mit einer charakteristischen Impedanz von 100 Ohm und USB-Hochgeschwindigkeitsdatenleitungen mit einer charakteristischen Impedanz von 90 Ohm. Im Prozess der Signalübertragung weist jeder Schritt des Pfads eine entsprechende vorübergehende Impedanz auf. Wenn sich die vorübergehende Impedanz ändert, die das entlang der Verbindungsleitung übertragene elektrische Signal empfindet, wird ein Teil weiterlaufen und der andere Teil wird zur Quelle zurückreflektiert. Weil die erforderliche charakteristische Impedanz jeder Signalleitung inkonsistent ist und die Impedanz der Signalquelle nicht übereinstimmt. Wenn der Innenwiderstand der Quelle geringer ist als der Innenwiderstand der Übertragungsleitung, kommt es zu einem Klingeln, d. h. zu einem Überschwingen und einer Überlastung der Übertragungsleitung. Übermäßiges Überschwingen neigt dazu, das Gerät zu beschädigen. Wenn der Innenwiderstand der Quelle größer ist als die Impedanz der Übertragungsleitung, tritt ein Unterschwingen auf, was dazu führt, dass sich die Schaltungslogik in einem unbestimmten Zustand befindet, was zu Fehleinschätzungen oder Signalverlust führen kann.
Die im Internet genannten passenden Widerstände sind alle bei voller Geschwindigkeit und niedriger Geschwindigkeit
Ich habe gerade das Problem der Impedanzanpassung erwähnt. Ich denke, wir sollten ein Fenster öffnen. Als Nächstes öffnen wir eine Tür. Unser USB-Signal ist normalerweise ein Differenzsignal. Ein Differenzsignal besteht aus zwei positiven und negativen Spuren. Der Phasenunterschied von 180 Grad zwischen den beiden kann Gleichtaktstörungen unterdrücken (dieselbe Störquelle erzeugt auf beiden Signalen dieselbe Störwellenform, und schließlich werden ein positives und ein negatives Signal versetzt) und auch die Signalamplitude erhöhen (ein positives und ein negatives Signal, die Amplitude beider entspricht der doppelten Amplitude auf einem Kabel). Differenzsignale weisen außerdem zwei Arten auf: enge und lose Kopplung. Eine lose Kopplung kann zwischen zwei Kabeln erfolgen, um eine Kopplung (Übersprechen) zwischen den beiden weiter zu vermeiden. Bei enger Kopplung können die beiden Kabel sehr nahe beieinander liegen. Unabhängig davon, ob sie eng oder lose gekoppelt sind, verlässt sich das Differenzsignal hauptsächlich auf die Massefläche als Rückweg. Sprechen wir über die Koaxialimpedanz von 50 Ohm. Ich kenne den Ursprung nicht, aber die meisten HF-Instrumente, ICs, Teile usw. sind auf 50 Ohm ausgelegt. Um mit 50-Ohm-Instrumenten, ICs, Teilen usw. übereinzustimmen, werden 50-Ohm-Stecker, PCB-Leiterbahnen, Verbindungskabel usw. zum Anschluss benötigt, damit das HF-Signal mit maximaler Leistung an ein Ende übertragen werden kann. Außerdem ist die 50-Ohm-PCB-Leiterbahn hier, 50 Ohm ist der Wellenwiderstand der Leiterbahn; tatsächlich ist das heute definierte 90-Ohm-USB die Verbindung, die die Breite, den Abstand und die Platine der PCB-Leiterbahnen entsprechend dem Anwendungsdesign überprüft. Parameter: Tatsächlich denke ich, dass USB tatsächlich mit 100 Ohm hergestellt werden kann, aber die besten Überprüfungsdaten im Front-End-Labor liegen bei 90 Ohm, sodass die verschiedenen Stecker und Kabel auf der Rückseite nur mit 90 Ohm hergestellt werden können. Wenn unsere eigene Platine aus 100 Ohm oder etwas anderem besteht, treten bei der Signalübertragung Reflexionen auf und es tritt das oben genannte Problem der Impedanzanpassung auf.
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