Tudo se resume à impedância das linhas de dados. Basicamente, as linhas têm baixa resistência, mas isso é muito diferente do que chamamos de impedância a esse respeito.
Basicamente, em altas frequências, como as usadas em SATA e USB3.0, por exemplo (e de fato algo além de 100 + MHz), os sinais elétricos que viajam pelo cabo começam a se comportar mais como ondas eletromagnéticas guiadas pelo cabo (linha de transmissão) . A capacitância e a indutância parasitárias atuam juntas para formar uma impedância no sinal. Devido à natureza das descontinuidades das ondas, elas tendem a causar reflexões - por exemplo, se você disparar um laser em ângulo em um painel de vidro, poderá ver que o raio do laser foi refletido nos pontos em que a densidade muda (como do ar para o vidro) ) Em resumo, isso é basicamente o que acontece com os sinais de alta frequência (se você pensar bem, um sinal de 2,5 GHz do USB3.0 é basicamente o mesmo que a banda de RF usada pelo WiFi).
Como um sinal de RF em um cabo está viajando, se ocorrer uma incompatibilidade na impedância da linha de transmissão em que está viajando, parte do sinal refletirá de volta para a fonte. Isso é muito ruim, pois significa que há uma perda de energia (atenuação do sinal) e você pode obter distorção devido a reflexões que retornam e são quarta no cabo. Para garantir que isso não aconteça (ou pelo menos reduza a probabilidade), projetamos todos os cabos, terminações, drivers, eletrônicos, naquele circuito em particular, para ter a mesma impedância característica, permitindo que o sinal viaje do driver para o receptor com reflexão mínima.
Para alcançar essa impedância característica, precisamos de duas coisas, primeiro a indutância no cabo e, em segundo lugar, a capacitância entre o cabo e o terra. Cada um deles apresenta uma impedância complexa de polaridade oposta e, portanto, se une para formar uma impedância real - qual valor depende da tecnologia, por exemplo, impedância diferencial de 100Ohm é comum e impedância de extremidade única de 50Ohm. Como tal, você precisa do fio e do terra para configurar essa impedância. Agora você não pode simplesmente ter um pedaço de fio terra velho, é necessário que ele seja configurado para que os campos elétricos entre os cabos e o terra resultem na capacitância correta. Além disso, se você tiver um sinal diferencial, precisará que a impedância de cada fio e a impedância diferencial (entre os dois fios de sinal) sejam um valor específico.
Em um layout de PCB, você tem diferentes tecnologias, mas a predominante é chamada "Microstrip". Basicamente, entre o plano de terra e a placa de circuito impresso, você tem o material da placa de circuito impresso que possui propriedades dielétricas, formando assim a capacitância necessária. Em seguida, você seleciona a largura do traço para obter a indutância correta para criar sua impedância característica.
Para cabos, existem diferentes métodos de fazê-lo. Um exemplo é o Co-ax, onde cada fio de sinal tem sua própria blindagem, que atua como o plano de aterramento. Devido à simetria, é muito fácil calcular a impedância do cabo e projetar algo com as dimensões corretas. No entanto, o Co-axe é volumoso e é difícil fabricar cabos coaxiais muito pequenos, especialmente quando você passa para sinais diferenciais (twinax é uma dor!). Então, o que eles fazem é usar dois cabos (às vezes em um arranjo de par trançado para o acoplamento máximo entre os pares) para transmitir seu sinal diferencial. Mas, como foi mencionado em algumas aplicações, você precisa de mais, precisa da impedância característica ao terra, bem como entre os cabos. Portanto, você também precisa rotear um plano de terra para o par. Existem diferentes maneiras de fazer isso,
No SATA, eles organizam especificamente os terrenos para ambos os lados de cada par de sinais (aquele no meio é compartilhado) e, por um planejamento cuidadoso, atingem a impedância característica.
Espero que o entendimento seja compreensível, na verdade, é um campo bastante complexo e vasto em engenharia eletrônica.
