Berapa Lama Jejak Pada PCB Menjadi Saluran Transmisi?

Pengertian saluran transmisi adalah saluran sinyal dengan sinyal kembali (terdiri dari dua kabel dengan panjang tertentu, satu adalah jalur perambatan sinyal, dan yang lainnya adalah jalur kembali sinyal). Jalur transmisi yang paling umum adalah jejak di papan PCB kami. Apa saluran transmisi? Seperti terlihat pada gambar di bawah ini, kabel twisted pair, kabel coaxial dan sebagainya.

Jadi berapa lama jejak pada PCB untuk menjadi saluran transmisi?

Hal ini terkait dengan kecepatan propagasi sinyal. Kecepatan sinyal dalam kawat tembaga pada lembar FR4 adalah 6in/ns. Sederhananya, selama waktu putaran-perjalanan sinyal pada jejak lebih besar dari waktu naik sinyal, jejak pada PCB harus diproses sebagai saluran transmisi.

Mari kita lihat apa yang terjadi ketika sinyal merambat melalui jejak yang panjang. Misalkan ada jejak PCB 60 inci, seperti yang ditunjukkan pada gambar, jalur baliknya adalah bidang dasar lapisan dalam PCB di dekat garis sinyal, dan garis sinyal dan bidang tanah terbuka di ujung yang jauh.

Sinyal merambat maju pada jejak ini, dan dibutuhkan 10 ns untuk mentransmisikan ke akhir jejak, dan 10 ns lagi untuk kembali ke sumber, sehingga total waktu perjalanan-putaran adalah 20ns. Jika jalur perjalanan putaran-sinyal di atas dianggap sebagai loop arus biasa, seharusnya tidak ada arus di jalur balik, karena jalur tersebut terbuka di ujung yang jauh. Tetapi situasi sebenarnya tidak demikian, ada arus untuk periode waktu pertama setelah jalur kembali pada sinyal.

Tambahkan sinyal dengan waktu naik 1 ns ke jejak ini. Dalam 1 ns pertama, sinyal hanya menempuh jarak 6 inci di saluran. Saya tidak tahu apakah ujungnya terbuka atau pendek. Lalu seberapa besar impedansi yang dirasakan oleh sinyal tersebut? menentukan? Jika jalur perjalanan putaran-sinyal dianggap sebagai loop arus biasa, akan ada kontradiksi, sehingga harus ditangani sebagai saluran transmisi.

Sebenarnya, ada kapasitansi parasit antara garis sinyal dan bidang tanah kembali, seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah. Ketika sinyal merambat maju, tegangan di titik A tidak berubah terus menerus. Untuk kapasitansi parasit, tegangan yang berubah berarti bahwa arus dihasilkan, dan arahnya ditunjukkan oleh garis putus-putus pada gambar. Oleh karena itu, impedansi yang dirasakan oleh sinyal adalah impedansi yang disajikan oleh kapasitansi, dan kapasitansi parasit merupakan jalur arus balik. Sinyal akan merasakan impedansi di setiap titik yang dilaluinya. Impedansi ini dihasilkan oleh penerapan tegangan yang bervariasi ke kapasitansi parasit, yang biasanya disebut impedansi transien saluran transmisi.

Ketika sinyal mencapai ujung terjauh dan tegangan di ujung jauh naik ke tegangan akhir sinyal, tegangan tidak lagi berubah. Meskipun kapasitansi parasit masih ada, tidak ada perubahan tegangan, dan kapasitansi setara dengan rangkaian terbuka, yang sesuai dengan situasi DC.

Oleh karena itu, kinerja-jangka pendek dari jalur sinyal ini berbeda dengan kinerja-jangka panjang. Untuk waktu yang singkat, kinerjanya adalah saluran transmisi. Bahkan jika ujung saluran transmisi terbuka, selama periode transisi sinyal, kinerja bagian depan saluran transmisi akan seperti resistor dengan resistansi terbatas.