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Apr 05, 2024

5 conseils pour un meilleur high

Kerry Chayka | 25 mai 2023 La conception de circuits à grande vitesse est l'un des domaines les plus fondamentaux, mais aussi les plus difficiles, de la conception électronique. Les circuits à grande vitesse sont couramment utilisés aujourd'hui, car des normes comme USB,

Kerry Chayka | 25 mai 2023

La conception de circuits à grande vitesse est l’un des domaines les plus fondamentaux, mais aussi l’un des plus difficiles, de la conception électronique. Les circuits à haute vitesse sont couramment utilisés aujourd'hui, car les normes telles que USB, HDMI et PCIe obligent la plupart des ingénieurs électriciens professionnels à se plonger dans le monde de la haute vitesse. En ce qui concerne l’avenir, nous observons une tendance générale à l’augmentation des fréquences d’horloge dans tous les domaines, ce qui signifie que les signaux à grande vitesse deviendront encore plus courants. Si vous êtes aujourd'hui concepteur en électronique, vous ne pouvez tout simplement pas éviter la vitesse élevée.

Les signaux à grande vitesse introduisent une complexité supplémentaire et des défis techniques uniques qui rendent la conception du matériel moins simple. L'une de ces considérations techniques est l'adaptation d'impédance, un domaine unique et moins connu de la conception de circuits. Dans cette contribution, je couvrirai les bases de l'adaptation d'impédance et partagerai 5 conseils pour garantir que toute conception de circuit à grande vitesse fonctionne comme prévu.

Pour comprendre comment concevoir des circuits à grande vitesse, nous devons d’abord examiner la théorie des lignes de transmission.

Tous les conducteurs d’un circuit électrique ont une impédance caractéristique compte tenu des contributions agrégées de capacité, d’inductance et de résistance parasites. Dans la plupart des systèmes à faible vitesse, l'impact de ces parasites est négligeable puisque les effets de l'inductance et de la capacité évoluent avec la fréquence. Cependant, une fois que les fréquences commencent à devenir suffisamment élevées, ces parasites ne sont plus négligeables et les effets de ligne de transmission entrent en jeu.

Plus précisément, cela se produit lorsque la longueur d’onde d’un signal devient comparable à la longueur physique du conducteur. Alternativement, lorsque la longueur de l’interconnexion en pouces est supérieure à deux fois le temps de montée du signal en nanosecondes, les effets de ligne de transmission seront pertinents.

Un circuit soumis aux effets de la ligne de transmission est caractérisé par son impédance caractéristique, communément désignée par Z0, qui est une abstraction mathématique du comportement de la ligne de transmission déterminée par la géométrie de la ligne. Dans les circuits à grande vitesse, l'impédance caractéristique est pertinente car s'il y a une disparité entre l'impédance de la charge (ou de la source) et l'impédance caractéristique de la ligne, le circuit subira des réflexions de signal. En d'autres termes, si l'impédance de la charge (ou de la source) n'est pas exactement égale à l'impédance caractéristique de la ligne, une partie de l'énergie du signal sera réfléchie le long de la ligne. La proportion de réflexion du signal est définie par l'équation (Zl-Z0/Zl+Z0).

Les réflexions sont extrêmement préjudiciables aux performances du circuit car elles entraînent une distorsion du signal et des modèles d'ondes stationnaires le long de la ligne de transmission. Lorsque le signal est déformé, son intégrité est compromise, la qualité du signal se dégrade et les données sur le bus peuvent être corrompues. Si une attention particulière n’est pas portée aux effets des lignes de transmission, les circuits à grande vitesse peuvent tomber en panne complètement.

Pour atténuer les effets des réflexions du signal dans les circuits à grande vitesse, nous devons contrôler les impédances que le signal rencontrera tout au long de notre conception.

L'adaptation d'impédance, ou contrôle d'impédance, est une technique de conception de cartes de circuits imprimés (PCB) dans laquelle vous concevez sélectivement vos traces de PCB de manière à réduire au minimum les réflexions du signal.

Dans la plupart des cas, l'impédance cible de votre signal sera définie par le protocole et les parties qui implémentent ce protocole. Par exemple, l'USB nécessite généralement une impédance différentielle cible de 90 ohms, alors que de nombreux protocoles asymétriques standard spécifient 50 ohms comme cible.

Un concepteur est capable de contrôler l'impédance de ses traces en choisissant judicieusement la géométrie de la trace et en faisant correspondre ces dimensions aux propriétés du matériau du substrat. Les principales variables géométriques ici sont la largeur, l'épaisseur et la distance des plans de masse, qui ont toutes un impact direct sur l'impédance d'un signal. D'autres variables basées sur les matériaux incluent les propriétés du substrat telles que la constante diélectrique. En pratique, ces valeurs seront déterminées grâce à l’utilisation d’un calculateur de PCB souvent externe à l’outil de conception de PCB.