Kontrola impedancji PCB

JakPCB prędkości przełączania sygnałów stale rosną, dzisiejsi projektanci PCB muszą zrozumieć i kontrolować impedancję ścieżek PCB. Przy krótszych czasach sygnalizacji i wyższych częstotliwościach taktowania nowoczesnych obwodów cyfrowych ścieżki PCB nie są już prostymi połączeniami, ale raczej liniami transmisyjnymi.

W praktyce konieczna jest kontrola impedancji ścieżki przy cyfrowych prędkościach krańcowych większych niż 1 ns lub częstotliwościach analogowych powyżej 300 MHz. Jednym z kluczowych parametrów ścieżek PCB jest ich impedancja charakterystyczna (tj. stosunek napięcia do prądu fali przemieszczającej się wzdłuż linii przesyłowej sygnału). Impedancja charakterystyczna przewodu płytki drukowanej jest ważnym wskaźnikiem konstrukcji płytki drukowanej, zwłaszcza wProjekt PCBobwodów wysokiej częstotliwości należy wziąć pod uwagę, że impedancja charakterystyczna przewodnika i urządzenia lub sygnału wymaganego przez impedancję charakterystyczną tego samego przewodu jest zgodna lub nie. Obejmuje to dwie koncepcje: kontrolę impedancji i dopasowanie impedancji. W tym artykule skupiono się na zagadnieniach związanych z kontrolą impedancji i projektowaniem układania stosów.

Kontrola impedancji, przewodnik na płytce drukowanej będzie miał różnorodną transmisję sygnału, aby poprawić szybkość transmisji i musi poprawić swoją częstotliwość, samą linię, jeśli z powodu trawienia, grubość laminowanej warstwy, szerokość przewodnika i inne różne czynniki, spowodują zmianę impedancji, co spowoduje zniekształcenie sygnału. Dlatego wartość impedancji przewodu w płytce drukowanej dużej prędkości powinna być kontrolowana w pewnym zakresie, zwanym „kontrolą impedancji”.

Impedancja ścieżki PCB zostanie określona na podstawie jej indukcyjności i pojemności, rezystancji i przewodności. Czynnikami wpływającymi na impedancję ścieżek PCB są: szerokość drutu miedzianego, grubość drutu miedzianego, stała dielektryczna dielektryka, grubość dielektryka, grubość podkładek, droga przewodu uziemiającego, ścieżki wokół ścieżki itp. Impedancja PCB waha się od 25 do 120 omów.

W praktyce konieczna jest kontrola impedancji ścieżki przy cyfrowych prędkościach krańcowych większych niż 1 ns lub częstotliwościach analogowych powyżej 300 MHz. Jednym z kluczowych parametrów ścieżek PCB jest ich impedancja charakterystyczna (tj. stosunek napięcia do prądu fali przemieszczającej się wzdłuż linii przesyłowej sygnału). Impedancja charakterystyczna przewodu płytki drukowanej jest ważnym wskaźnikiem projektu płytki drukowanej, zwłaszcza przy projektowaniu płytek PCB obwodów wysokiej częstotliwości, należy wziąć pod uwagę, że impedancja charakterystyczna przewodu i urządzenia lub sygnału wymagana przez impedancję charakterystyczną tego samego, niezależnie od tego, czy pasują, czy nie. Obejmuje to dwie koncepcje: kontrolę impedancji i dopasowanie impedancji. W tym artykule skupiono się na zagadnieniach związanych z kontrolą impedancji i projektowaniem stosów.

Kontrola impedancji, przewodnik na płytce drukowanej będzie miał różnorodną transmisję sygnału, aby poprawić szybkość transmisji i musi poprawić swoją częstotliwość, samą linię, jeśli z powodu trawienia, grubość laminowanej warstwy, szerokość przewodnika i inne różne czynniki, spowodują zmianę impedancji, co spowoduje zniekształcenie sygnału. Dlatego wartość impedancji przewodu w płytce drukowanej dużej prędkości powinna być kontrolowana w pewnym zakresie, zwanym „kontrolą impedancji”.

Impedancja ścieżki PCB zostanie określona na podstawie jej indukcyjności i pojemności, rezystancji i przewodności. Czynnikami wpływającymi na impedancję ścieżek PCB są: szerokość drutu miedzianego, grubość drutu miedzianego, stała dielektryczna dielektryka, grubość dielektryka, grubość podkładek, droga przewodu uziemiającego, ścieżki wokół ścieżki itp. Impedancja PCB waha się od 25 do 120 omów. W praktyce linia przesyłowa PCB zwykle składa się ze ścieżki drutu, jednej lub więcej warstw odniesienia i materiału izolacyjnego. Ślad i warstwy tworzą impedancję sterującą. Płytki PCB będą często wielowarstwowe, a impedancję sterującą można konstruować na różne sposoby. Niezależnie jednak od zastosowanej metody wartość impedancji zostanie określona na podstawie jej struktury fizycznej i właściwości elektronicznych materiału izolacyjnego:

       Szerokość i grubość ścieżki sygnału;

       Wysokość rdzenia lub wstępnie wypełnionego materiału po obu stronach ścieżki;

       Konfiguracja śladów i warstw planszy;

       Stałe izolacyjne rdzenia i materiału wstępnie wypełnionego.

       Istnieją dwie główne formy linii przesyłowych PCB: mikropaskowe i paskowe.

       Mikropasek:

       Mikropasek to przewód taśmowy, co oznacza linię przesyłową z płaszczyzną odniesienia tylko po jednej stronie, z górą i bokami wystawionymi na działanie powietrza (lub pokrytymi powłoką), nad powierzchnią płytki stałej izolacyjnej Er, w odniesieniu do płaszczyzny zasilania lub uziemienia.

       Uwaga: w rzeczywistościProdukcja PCB, producent płytki zwykle pokrywa powierzchnię płytki PCB warstwą zielonego oleju, więc w rzeczywistych obliczeniach impedancji model pokazany poniżej jest zwykle używany do powierzchniowych linii mikropaskowych:

       Linia paskowa:

       Linia paskowa to pasek drutu umieszczony pomiędzy dwiema płaszczyznami odniesienia, jak pokazano na poniższym rysunku, a stałe dielektryczne dielektryków reprezentowanych przez H1 i H2 mogą być różne.

       Powyższe dwa przykłady to tylko typowa demonstracja linii i linii mikropaskowych. Istnieje wiele różnych rodzajów konkretnych linii i linii mikropaskowych, takich jak laminowane linie mikropaskowe itp., z których wszystkie są powiązane ze strukturą układania określonej płytki PCB.

       Równania służące do obliczenia impedancji charakterystycznej wymagają skomplikowanych obliczeń matematycznych, często z wykorzystaniem metod rozwiązywania pól, w tym analizy elementów brzegowych, dlatego korzystając ze specjalistycznego programu do obliczeń impedancji SI9000 wystarczy kontrolować parametry impedancji charakterystycznej:

       Stała dielektryczna warstwy izolacyjnej Er, szerokość trasowania W1, W2 (trapezowa), grubość linii izolacyjnej T i grubość warstwy izolacyjnej H.