Все сводится к сопротивлению линий данных. В основном линии имеют низкое сопротивление, но это очень отличается от того, что мы называем импедансом в этом отношении.
В основном на высоких частотах, таких как, например, используемые в SATA и USB3.0 (и на самом деле действительно больше, чем около 100 + МГц), электрические сигналы, распространяющиеся по кабелю, начинают вести себя как электромагнитные волны, направляемые кабелем (линией передачи) , Паразитная емкость и индуктивность действуют вместе, образуя полное сопротивление сигнала. Из-за характера неоднородностей волн, как правило, они могут вызывать отражения - например, если вы запускаете лазер под углом в стекло, вы можете видеть, что лазерный луч отражается в точках, где изменяется плотность (например, от воздуха к стеклу). ). Короче говоря, это в основном то, что происходит с высокочастотными сигналами (если вы подумаете об этом, сигнал 2.5 ГГц от USB3.0 в основном совпадает с РЧ-диапазоном, используемым WiFi).
Поскольку РЧ-сигнал в кабеле распространяется вдоль, если он сталкивается с несоответствием импеданса линии передачи, по которой он проходит, часть сигнала будет отражаться обратно к источнику. Это очень плохо, так как это означает, что происходит потеря мощности (ослабление сигнала), и вы можете получить искажения из-за отражений, отражающихся назад и четвертого в кабеле. Чтобы этого не произошло (или, по крайней мере, чтобы уменьшить вероятность), мы проектируем все кабели, оконечные устройства, драйверы, электронику в этой конкретной цепи с одинаковым характеристическим сопротивлением, что позволяет сигналу проходить от драйвера к приемнику с минимальное отражение.
Для достижения этого характеристического сопротивления нам нужны две вещи, во-первых, индуктивность в кабеле и, во-вторых, емкость между кабелем и землей. Каждый из них представляет сложный импеданс противоположной полярности и, таким образом, собирается вместе, образуя реальный импеданс - какое значение зависит от технологии, например, распространенным является дифференциальный импеданс 100 Ом и импеданс 50 Ом с одним концом. Как таковой вам нужен провод и земля, чтобы установить этот импеданс. Теперь вы не можете просто иметь какой-то старый кусок заземляющего провода, вам нужно его настроить так, чтобы электрические поля между кабелями и землей приводили к правильной емкости. Кроме того, если у вас есть дифференциальный сигнал, вам нужно, чтобы полное сопротивление каждого провода, а также дифференциальное сопротивление (между двумя сигнальными проводами) было определенным значением.
В макете печатной платы у вас есть разные технологии, но преобладающая называется «Microstrip». В основном между заземляющей плоскостью и печатной платой у вас есть материал печатной платы, который имеет диэлектрические свойства, таким образом формируя требуемую емкость. Затем вы выбираете ширину кривой, чтобы получить правильную индуктивность для создания вашего характеристического импеданса.
Для кабелей есть разные способы сделать это. Одним из примеров является Co-ax, где каждый сигнальный провод имеет свой собственный экран, который действует как заземление. Благодаря симметрии очень легко определить сопротивление кабеля и спроектировать что-то с правильными размерами. Однако коаксиальный громоздкий, и трудно сделать очень маленький коаксиальный кабель, особенно когда вы переходите на дифференциальные сигналы (твинакс - это боль!). Поэтому вместо этого они используют два кабеля (иногда в витой паре для максимальной связи между парами) для передачи дифференциального сигнала. Но, как уже упоминалось в некоторых приложениях, вам нужно больше, вам нужно характеристическое сопротивление заземления, а также между кабелями. Таким образом, вам нужно также проложить наземную плоскость для пары. Есть разные способы сделать это,
В частности, в SATA они устанавливают основания для каждой стороны каждой пары сигналов (одна в середине является общей), и при тщательном планировании они достигают характерного импеданса.
Надеюсь, что это понятно, на самом деле это довольно сложная и обширная область в электронной инженерии.
