Сохранение целостности сигналов в печатных платах. Практические рекомендации
энергетических, частотных и временных параметров сигнала. Энергия волны, распределенная в частотном диапазоне, без искажений преодолеет путь от источника к приемнику сигнала (без учета внешних наводок и помех). И форма сигнала в приемнике будет как две капли воды похожа на форму сигнала на выходе передатчика. Только из-за омических и емкостных потерь будет несколько снижена его амплитуда или размах, тем больше, чем больше длина линии передачи.
Если линию передачи печатной платы сравнить с автомагистралью, вы сможете представить, что ждет фронт импульса (автомобиль) за каждым поворотом, при резком сужении или расширении дороги, при подъеме или спуске и даже появлении люков (переходные отверстия). Если трасса ровная, не имеет поворотов, перепадов по высоте, сужений и расширений (которые можно назвать одним общим словом – неоднородности), ничто не помешает автомобилю преодолеть расстояние за кратчайшее время с постоянной максимальной скоростью и ничто не приведет к искажению его первоначальной формы.
Также легко при таком сравнении можно представить и другие возможные причины, по которым «автомобиль» может изменить скорость и/или направление своего движения, или даже потерять свою целостность. Это – влияние других автомобилей, движущихся с высокой скоростью по ближайшим соседним трассам (перекрестные искажения), влияние внешних тел, которые могут прилететь извне (помехи), резкое изменение давления воздуха на трассе или изменение шероховатости поверхности трассы (изменение свойств диэлектрика, приводящее к изменению скорости распространения электромагнитной волны).
То есть, потери энергии в линии, взаимовлияние соседних линий и внешние помехи – являются основными причинами потери целостности электрических сигналов. И все они могут происходить именно в среде распространения или в линии передачи печатной платы.
Есть еще одна неприятность, которая может ожидать электромагнитную волну в линии передачи. Емкостные или индуктивные неоднородности могут привести к отражению и изменению направления части энергии сигнала, в результате чего может произойти «наложение» отраженной волны на падающую волну. Как известно из теории телеграфных уравнений [9], в результате такого сложения относительно напряжения сигнала в худшем случае возможно его удвоение (режим холостого хода, кода коэффициент отражения максимален и равен минус единице). Энергия сигнала практически полностью отражается от значительной неоднородности и распространяясь в обратном направлении синфазно складывается с падающей волной, в результате чего ее «пики» или «горбы» удваиваются по амплитуде и возникает резонанс напряжений. Аналогичная ситуация может происходить и в режиме короткого замыкания в линии передачи, в результате чего образуется резонанс токов с удвоением значений последних. И в том, и в другом случае, в линии формируются стоячие волны, и фрагмент линии между двумя несогласованными неоднородностями