并联使用(yòng)阻抗最大化PCBA功率传输

2020-08-25

PCBA设计人员和工程师很(hěn)幸运，可(kě)以使用(yòng)这些工具来创建出色的電(diàn)路板。所需要的是一台计算机，一部手机，这几个基本的是行业必不可(kě)少的工具。其中最关键的是计算机，或更准确地说是您使用(yòng)的電(diàn)路设计软件。正如这些简单或通用(yòng)的设备使您能(néng)够设计電(diàn)路板一样，通用(yòng)的组件也可(kě)以确定電(diàn)路板的运行状况。让我们看一下用(yòng)来并联形成阻抗的组件如何影响PCBA上的功率传输。 

回想一下電(diàn)路分(fēn)析理(lǐ)论，可(kě)以在两个领域中开发電(diàn)路布局。那就是时域和频域。在时域中，分(fēn)析必须将导数和积分(fēn)计算用(yòng)于常见的组件属性，例如電(diàn)阻，電(diàn)容和電(diàn)感。在频域中，这些分(fēn)量的特性可(kě)以表示為(wèi)相量或基于频率的矢量，这些矢量的幅值和相移会偏离某个参考角或基本角，可(kě)以使用(yòng)基本算术运算对其进行评估。下表说明了这些关系。

 

如上表第三栏中所示，電(diàn)阻器，電(diàn)感器和電(diàn)容器的電(diàn)压都可(kě)以通过简单地将组件電(diàn)流乘以分(fēn)别包含電(diàn)阻，電(diàn)感或電(diàn)容的参数来确定。此参数是组件的阻抗，可(kě)以是下面的极性或相量形式。

对于電(diàn)路板布局，最常见的是关注走線(xiàn)，层或连接的阻抗。这些中的任何一个都可(kě)以表示為(wèi)電(diàn)阻和電(diàn)抗的矢量和。后者由電(diàn)容和電(diàn)感组成，如：

注意组件阻抗之间的角度关系表示一个直角三角形，允许我们使用(yòng)毕达哥(gē)拉斯定理(lǐ)并為(wèi)任何阻抗获得通用(yòng)相量形式，如下所示： 

这是用(yòng)于确定阻抗的简单封闭式方程式。阻抗对于電(diàn)路板布局的重要性在于，它可(kě)用(yòng)于控制PCBA布局的電(diàn)压和電(diàn)流，如下式所示：

    V = I·Z

这对于最小(xiǎo)化PCBA功耗非常重要。

最小(xiǎo)化PCBA上的功率损耗

设计電(diàn)路板时最具挑战性的任務(wù)之一就是最大化信号完整性，这是决定電(diàn)路板操作质量的基本决定因素。如果组件，设备和模块无法准确识别信号，则您的主板将无法正确执行其指定功能(néng)。尽管频率（速度）确实很(hěn)重要，特别是对于带宽受限的高频信号传输，但信号强度或功率可(kě)能(néng)更重要。设计電(diàn)路板布局以最大程度降低功率损耗是主要考虑因素。

PCBA布局的任何信号路径之间或之间可(kě)能(néng)会发生功率损耗。最小(xiǎo)化与这些损耗相关的不良影响（例如错误行為(wèi)和功能(néng)丧失）的最佳方法是使沿着電(diàn)路走線(xiàn)和传输路径的功率传输最大化。最大功率传输适用(yòng)于所有(yǒu)类型的板信号传输，并且通常取决于源与目标（负载），電(diàn)路或路径（传输線(xiàn)）和目标電(diàn)路之间的阻抗匹配。 

通过将信号源表示為(wèi)等效的戴维宁串联電(diàn)路或诺顿并联電(diàn)路，可(kě)以轻松确定阻抗匹配网络，在这种情况下，设计已消除了電(diàn)抗效应。简化结果如下所示： 

等效電(diàn)路可(kě)实现最大功率传输。 

IMG：Cadence中的戴维宁和诺顿等效電(diàn)路| 软件映像/電(diàn)源。

通过上述電(diàn)路配置和负载要求，您的電(diàn)路板传输線(xiàn)可(kě)以设计成最大功率传输。现在，让我们看一下如何使用(yòng)设计工具来最大化并行传输阻抗的功率。

通过并联阻抗最大化功率

布線(xiàn)電(diàn)路板时的一种常见情况是，需要在長(cháng)度不相等的源和目标之间运行并行信号走線(xiàn)，这可(kě)能(néng)是由于需要绕组件或其他(tā)電(diàn)路板元件布線(xiàn)所致。為(wèi)了在这些情况下最大化功率传输和信号完整性，有(yǒu)必要施加弯曲，这是较短路径的延伸，以使传输線(xiàn)具有(yǒu)相似的阻抗。