PCBA功率最大化的方法：并联使用阻抗

重要要点

l 为什么阻抗设计对PCBA布局很重要？

l 什么是PCBA最大功率传输？

l 如何并联使用阻抗以实现最大功率传输。

我听说所有问题都是可以解决的，并且我同意，只要您具备必要的知识，充足的时间和正确的工具即可。缺少这些都会导致脱轨或延迟到达终点线。但是，可以肯定地说，没有足够的工具是最麻烦的。对于许多被迫在今年没有贸易所需工具的情况下，这一事实是显而易见的，因为我们都努力在生产率和安全性之间寻求平衡。但是对于我们中的某些人而言，真正必不可少的工具已经变得更加清晰。  

PCBA的设计师和工程师很幸运，可以使用这些工具来创建出色的电路板。所需要的是一台计算机，一部手机，以及最后但并非最不重要的咖啡。这三个基本的C是行业必不可少的工具。其中最关键的是计算机，或更准确地说是您使用的电路设计软件。正如这些简单或通用的设备使您能够设计电路板一样，通用的组件也可以确定电路板的运行状况。让我们看一下用来并联形成阻抗的组件如何影响PCBA上的功率传输。

为什么阻抗设计对电路板布局很重要？

回顾电路分析理论，可以在两个领域中开发电路布局。那就是时域和频域。在时域中，分析必须将微分和积分计算用于常见的组件属性，例如电阻，电容和电感。在频域中，这些分量的特性可以表示为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，可以使用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，电阻器，电感器和电容器的电压都可以通过简单地将组件电流乘以分别包含电阻，电感或电容的参数来确定。此参数是组件的阻抗，可以是下面的极性或相量形式。

 

对于电路板布局，最常见的是关注走线，层或连接的阻抗。这些中的任何一个都可以表示为电阻和电抗的矢量和。后者由电容和电感组成，如：

 

注意组件阻抗之间的角度关系表示一个直角三角形，允许我们使用毕达哥拉斯定理并为任何阻抗获得通用相量形式，如下所示：

 

这是用于确定阻抗的简单封闭式方程式。阻抗对于电路板布局的重要性在于，它可以用来控制PCBA布局的电压和电流，如下式所示：

V = I·Z

这对于最小化PCBA功耗非常重要。

最小化PCBA上的功率损耗

设计电路板时最具挑战性的任务之一是最大化信号完整性，这是决定电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。尽管频率（速度）确实很重要，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能更重要。设计电路板布局以最大程度地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能会发生功率损耗。最小化与这些损耗相关的不良影响（例如错误行为和功能丧失）的最佳方法是使沿着电路走线和传输路径的功率传输最大化。最大功率传输适用于所有类型的板信号传输，并且通常取决于源与目标（负载），电路或路径（传输线）和目标电路之间的阻抗匹配。

通过将源表示为等效的戴维宁串联电路或诺顿并联电路，可以轻松确定阻抗匹配网络，在这种情况下，无功效应已被设计抵消。简化结果如下所示：

通过以上电路配置和负载要求，您的电路板传输线可以设计为最大功率传输。现在，让我们看一下如何使用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

布线电路板时的一种常见情况是，需要在长度不相等的源和目标之间运行并行信号走线，这可能是由于需要绕组件或其他电路板元件布线所致。为了在这些情况下最大化功率传输和信号完整性，有必要施加弯曲，这是较短路径的延伸，以使传输线具有相似的阻抗，如下图所示。

 

精确匹配走线阻抗要求您的PCB设计套件不仅包括匹配走线长度的自动布线功能，还包括分析走线阻抗值的能力。