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Integridad de señal en los circuitos digitales

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Línea de transmisión e impedancia característica Zo

Las tensiones y las corrientes en una línea de transmisión viajan juntas y son funciones de posición (x) y tiempo (t).

La impedancia característica (Zo) de una línea de transmisión es una resistencia dependiente de la frecuencia y es el resultado de la relación de la onda de tensión que viaja y la onda de corriente que viaja.

Cuando las ondas de tensión V(x,t) y corriente I(x,t) viajan juntas y alcanzan la impedancia de terminación, la ley de Ohm requiere que V(x,t)/I(x,t) sea igual a la impedancia de terminación (ZL).

V & I en una línea de transmisión
V & I en una línea de transmisión

Cuando una señal de alta frecuencia pasa a través de caminos como una PCB, mediante un cambio de una capa a otra, se producirá una modificación en la impedancia.

Adaptación de Zo a ZL
Adaptación de Zo a ZL

Fijándonos en una PCB dada, podemos observar que hay muchas capas, trazas, vías y conexiones que cambian la impedancia en cualquier punto y la incorporación de parásitos para capacidad e inductancia propia y mutua.

Capa de PCB y cambios de impedancia
Capa de PCB y cambios de impedancia

Ahora, vamos a traer a colación algunos de los elementos agrupados como inductancias parásitas, capacidades, resistencia skin AC y resistencia DC, que están presentes en cualquier sistema e influyen en la integridad de señal.

Se puede apreciar cómo, por ejemplo, la capacidad parásita (Cdx) puede modificar la distribución de corriente, haciendo que la impedancia característica de la línea de transmisión se vea alterada y causando el cambio de Zo (relación entre la tensión que viaje y la corriente que viaja).

Línea de transmisión con elementos agrupados
Línea de transmisión con elementos agrupados

Como el skin effect degrada la amplitud de la señal entrante, la tensión a través de las inductancias parásitas puede acortar el tiempo de subida y caída de la tensión a lo largo de la carga que afecta a la calidad y a la degradación de la señal.

Efectos parásitos en Zo e integrada de señal
Efectos parásitos en Zo e integrada de señal

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