Tutto si riduce all'impedenza delle linee di dati. Fondamentalmente le linee hanno una bassa resistenza, ma questo è molto diverso da ciò che noi chiamiamo impedenza in questo senso.
Fondamentalmente ad alte frequenze come quelle utilizzate per esempio in SATA e USB 3.0 (e in effetti in realtà qualcosa di più di circa 100 + MHz) i segnali elettrici che viaggiano lungo il cavo iniziano a comportarsi più come le onde elettromagnetiche guidate dal cavo (linea di trasmissione) . La capacità parassita e l'induttanza agiscono insieme per formare un'impedenza al segnale. A causa della natura delle onde le discontinuità tendono a causare riflessi - ad esempio se si lancia un laser ad angolo in un riquadro di vetro, si può vedere che il raggio laser è stato riflesso in punti in cui la densità cambia (come dall'aria al vetro ). In breve, questo è fondamentalmente ciò che accade con i segnali ad alta frequenza (se ci pensate, un segnale da 2,5 GHz da USB3.0 è sostanzialmente lo stesso della banda RF utilizzata dal WiFi).
Mentre un segnale RF in un cavo sta viaggiando, se colpisce una discrepanza nell'impedenza della linea di trasmissione in cui viaggia, parte del segnale si rifletterà nuovamente verso la sorgente. Questo è molto male in quanto significa che c'è una perdita di potenza (attenuazione del segnale) e puoi ottenere distorsione a causa dei riflessi che rimbalzano indietro e quarto nel cavo. Per garantire che ciò non accada (o almeno ridurre la probabilità), progettiamo che tutti i cavi, le terminazioni, i driver, l'elettronica, in quel particolare circuito, abbiano la stessa impedenza caratteristica, permettendo così al segnale di viaggiare dal conducente al ricevitore con riflessione minima.
Per raggiungere questa impedenza caratteristica abbiamo bisogno di due cose, in primo luogo l'induttanza nel cavo, e in secondo luogo la capacità tra cavo e terra. Ciascuno di essi presenta un'impedenza complessa di polarità opposta e quindi si uniscono per formare un'impedenza reale: quale valore dipende dalla tecnologia, ad esempio un'impedenza differenziale di 100 Ohm è comune e un'impedenza a terminazione singola da 50 Ohm. Come tale è necessario il filo e la terra per impostare questa impedenza. Ora non puoi avere solo un vecchio pezzo di filo di terra, devi installarlo in modo che i campi elettrici tra i cavi e la terra producano la capacità corretta. Inoltre, se si dispone di un segnale differenziale, è necessario che sia l'impedenza di ciascun filo sia l'impedenza differenziale (tra i due fili del segnale) siano un valore specifico.
In un layout PCB hai diverse tecnologie, ma quella predominante si chiama "Microstrip". Fondamentalmente tra il piano di massa e il PCB si ha il materiale PCB che ha proprietà dielettriche formando così la capacità richiesta. Quindi selezionare la larghezza della traccia per ottenere l'induttanza corretta per creare l'impedenza caratteristica.
Per i cavi ci sono diversi metodi per farlo. Un esempio è Co-ax, in cui ogni filo del segnale ha il proprio schermo che funge da piano di massa. A causa della simmetria è molto semplice capire l'impedenza del cavo e progettare qualcosa con le dimensioni corrette. Tuttavia, Co-ax è ingombrante ed è difficile realizzare un cavo coassiale molto piccolo, specialmente quando si passa a segnali differenziali (il twinax è un dolore!). Quindi invece quello che fanno è usare due cavi (a volte in una disposizione a coppie intrecciate per il massimo accoppiamento tra le coppie) per trasportare il segnale differenziale. Ma come è stato menzionato in alcune applicazioni, è necessario di più, è necessaria l'impedenza caratteristica a terra e tra i cavi. Quindi è necessario instradare anche un piano di massa per la coppia. Esistono diversi modi per farlo,
Nello specifico SATA organizzano i motivi in modo che siano entrambi i lati di ciascuna coppia di segnali (quella nel mezzo è condivisa) e con un'attenta pianificazione raggiungono l'impedenza caratteristica.
Speriamo che l'argomento sia comprensibile, in realtà è un campo abbastanza complesso e vasto nell'ingegneria elettronica.
