Высокоскоростные печатные платы. Сохранение целостности электрических сигналов и электропитания - страница 6

Сопротивлением обладают и простые проводники, и полигоны печатной платы. Из-за отсутствия инерционных свойств и малых геометрических размеров их вклад в работу высокочастотных схем и конструкцию печатных плат часто имеет много меньшее значение по сравнению с вкладами инерционных элементов – конденсатора и катушки или эквивалента индуктивности, импеданс которых сильно зависит от частоты сигнала.

Конструктивно катушка индуктивности представляет электрический элемент в виде отрезка проводника, намотанного на некоторую оправу или сердечник. Основным параметром катушки является ее индуктивность L, определяющая количество запасенной энергии магнитного поля.

,где μ – магнитная проницаемость материала сердечника, μ _>0 – магнитная проницаемость свободного пространства (при отсутствии магнитного поля и сердечника данными показателями можно пренебречь), N – число витков (для одиночного сигнального проводника линии передачи данный показатель не имеет значения), А или S – площадь поперечного сечения витка – данный параметр и параметр крутизны изгиба имеет определяющее значение для типового проводника, l – длина катушки

Индуктивностью обладает и прямой проводник. Ее значение можно определить по формуле:

,где l – длина проводника, d – диаметр проводника (в тех же единицах, что и l)

Индуктивность определяет энергию магнитного поля, созданного электрическим током в проводнике, изгибе проводника или контуре. Энергия магнитного поля, накопленная в индуктивности, определяется выражением

Индуктивность катушки пропорциональна значению магнитной проницаемости μ сердечника, на который она установлена.

Импеданс индуктивности Z (сопротивление, зависящее от частоты) при постоянном токе равен нулю или, точнее, омическому сопротивлению образующего ее проводника.

С ростом частоты импеданс индуктивности увеличивается.

Нулевое значение импеданса на постоянном токе и его увеличение с ростом частоты делают эффективными установку катушек и дросселей последовательно в цепь питания для обеспечения фильтрации (высокочастотные составляющие претерпевают при прохождении через индуктивность значительное ослабление). Это позволяет без потерь передавать постоянный ток от источника питания в нагрузку и препятствует нежелательному прохождению высокочастотных составляющих спектра сигнала (возможных пульсаций, помех).

Индуктивность выводов фильтрующих конденсаторов снижает эффективность отвода высокочастотных составляющих спектра в опорный слой. Именно поэтому в качестве фильтрующих рекомендуется применять конденсаторы с малыми размерами выводов с расположением их на минимальном расстоянии от контактов питания микросхем, поскольку подводящие проводники увеличивают «вредную» в данном случае индуктивность выводов.

Значение напряжения на индуктивности зависит от скорости изменения тока, проходящего через нее.

Чем выше скорость изменения тока во времени (чем выше скорость изменения фронта/спада импульса), тем больше выброс напряжения в месте локального увеличения индуктивности.