PCBA功率最大化的方法：并聯(lián)使用阻抗

重要要點(diǎn)

l為什么阻抗設(shè)計(jì)對(duì)PCBA布局很重要？

l什么是PCBA最大功率傳輸？

l如何并聯(lián)使用阻抗以實(shí)現(xiàn)最大功率傳輸。

我聽(tīng)說(shuō)所有問(wèn)題都是可以解決的，并且我同意，只要您具備必要的知識(shí)，充足的時(shí)間和正確的工具即可。缺少這些都會(huì)導(dǎo)致脫軌或延遲到達(dá)終點(diǎn)線。但是，可以肯定地說(shuō)，沒(méi)有足夠的工具是最麻煩的。對(duì)于許多被迫在今年沒(méi)有貿(mào)易所需工具的情況下，這一事實(shí)是顯而易見(jiàn)的，因?yàn)槲覀兌寂υ谏a(chǎn)率和安全性之間尋求平衡。但是對(duì)于我們中的某些人而言，真正必不可少的工具已經(jīng)變得更加清晰。

PCBA的設(shè)計(jì)師和工程師很幸運(yùn)，可以使用這些工具來(lái)創(chuàng)建出色的電路板。所需要的是一臺(tái)計(jì)算機(jī)，一部手機(jī)，以及最后但并非最不重要的咖啡。這三個(gè)基本的C是行業(yè)必不可少的工具。其中最關(guān)鍵的是計(jì)算機(jī)，或更準(zhǔn)確地說(shuō)是您使用的電路設(shè)計(jì)軟件。正如這些簡(jiǎn)單或通用的設(shè)備使您能夠設(shè)計(jì)電路板一樣，通用的組件也可以確定電路板的運(yùn)行狀況。讓我們看一下用來(lái)并聯(lián)形成阻抗的組件如何影響PCBA上的功率傳輸。

為什么阻抗設(shè)計(jì)對(duì)電路板布局很重要？

回顧電路分析理論，可以在兩個(gè)領(lǐng)域中開(kāi)發(fā)電路布局。那就是時(shí)域和頻域。在時(shí)域中，分析必須將微分和積分計(jì)算用于常見(jiàn)的組件屬性，例如電阻，電容和電感。在頻域中，這些分量的特性可以表示為相量或基于頻率的矢量，這些矢量的幅值和相移會(huì)偏離某個(gè)參考角或基本角，可以使用基本算術(shù)運(yùn)算對(duì)其進(jìn)行評(píng)估。下表說(shuō)明了這些關(guān)系。

?

如上表第三欄中所示，電阻器，電感器和電容器的電壓都可以通過(guò)簡(jiǎn)單地將組件電流乘以分別包含電阻，電感或電容的參數(shù)來(lái)確定。此參數(shù)是組件的阻抗，可以是下面的極性或相量形式。

對(duì)于電路板布局，最常見(jiàn)的是關(guān)注走線，層或連接的阻抗。這些中的任何一個(gè)都可以表示為電阻和電抗的矢量和。后者由電容和電感組成，如：

?

注意組件阻抗之間的角度關(guān)系表示一個(gè)直角三角形，允許我們使用畢達(dá)哥拉斯定理并為任何阻抗獲得通用相量形式，如下所示：

?

這是用于確定阻抗的簡(jiǎn)單封閉式方程式。阻抗對(duì)于電路板布局的重要性在于，它可以用來(lái)控制PCBA布局的電壓和電流，如下式所示：

V = I·Z

這對(duì)于最小化PCBA功耗非常重要。

最小化PCBA上的功率損耗

設(shè)計(jì)電路板時(shí)最具挑戰(zhàn)性的任務(wù)之一是最大化信號(hào)完整性，這是決定電路板操作質(zhì)量的基本決定因素。如果組件，設(shè)備和模塊無(wú)法準(zhǔn)確識(shí)別信號(hào)，則您的主板將無(wú)法正確執(zhí)行其指定功能。盡管頻率（速度）確實(shí)很重要，特別是對(duì)于帶寬受限的高頻信號(hào)傳輸，但信號(hào)強(qiáng)度或功率可能更重要。設(shè)計(jì)電路板布局以最大程度地降低功率損耗是主要考慮因素。

PCBA布局的任何信號(hào)路徑之間或之間可能會(huì)發(fā)生功率損耗。最小化與這些損耗相關(guān)的不良影響（例如錯(cuò)誤行為和功能喪失）的最佳方法是使沿著電路走線和傳輸路徑的功率傳輸最大化。最大功率傳輸適用于所有類型的板信號(hào)傳輸，并且通常取決于源與目標(biāo)（負(fù)載），電路或路徑（傳輸線）和目標(biāo)電路之間的阻抗匹配。

通過(guò)將源表示為等效的戴維寧串聯(lián)電路或諾頓并聯(lián)電路，可以輕松確定阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，在這種情況下，無(wú)功效應(yīng)已被設(shè)計(jì)抵消。簡(jiǎn)化結(jié)果如下所示：

通過(guò)以上電路配置和負(fù)載要求，您的電路板傳輸線可以設(shè)計(jì)為最大功率傳輸。現(xiàn)在，讓我們看一下如何使用設(shè)計(jì)工具來(lái)最大化并行傳輸阻抗的功率。

通過(guò)并聯(lián)阻抗最大化功率

布線電路板時(shí)的一種常見(jiàn)情況是，需要在長(zhǎng)度不相等的源和目標(biāo)之間運(yùn)行并行信號(hào)走線，這可能是由于需要繞組件或其他電路板元件布線所致。為了在這些情況下最大化功率傳輸和信號(hào)完整性，有必要施加彎曲，這是較短路徑的延伸，以使傳輸線具有相似的阻抗，如下圖所示。

精確匹配走線阻抗要求您的PCB設(shè)計(jì)套件不僅包括匹配走線長(zhǎng)度的自動(dòng)布線功能，還包括分析走線阻抗值的能力。