የኢምፔዳንስ ቁጥጥር ምንድን ነው እና በፒሲቢዎች ላይ የኢምፔዳንስ ቁጥጥርን እንዴት ማከናወን እንደሚቻል

በዘመናዊ የኤሌክትሮኒክስ መሳሪያዎች ዲዛይን ውስጥ፣ PCBs ወሳኝ ሚና ይጫወታሉ። የ PCBs አፈጻጸም በቀጥታ የጠቅላላውን የኤሌክትሮኒክስ ስርዓት መረጋጋት፣ አስተማማኝነት እና የማስተላለፊያ ውጤታማነት ላይ ተጽዕኖ ያሳድራል። ከእነዚህም መካከል የኢምፔዳንስ ቁጥጥር የ PCB ዲዛይን አስፈላጊ አካል ነው። ዘመናዊ ዲጂታል ሰርክዩቶች አጠር ያሉ የምልክት ማስተላለፊያ ጊዜዎች እና ከፍተኛ የሰዓት መጠኖች ስላሏቸው፣ PCB ዱካዎች ከአሁን በኋላ ቀላል ግንኙነቶች አይደሉም፣ ነገር ግን በተመሳሳይ መንገድ የማስተላለፊያ መስመሮች ናቸው። PCB ኢምፔዳንስ ቁጥጥር የሚያመለክተው የምልክት ማስተላለፊያ ጥራት እና መረጋጋትን ለማረጋገጥ በ PCB ላይ ያሉትን የምልክቶች የማስተላለፊያ ፍጥነት እና የኢምፔዳንስ ማመሳሰልን መቆጣጠርን ነው።

በተግባራዊ ሁኔታዎች፣ የዲጂታል ህዳግ ፍጥነት ከ 1ns በላይ ሲሆን ወይም የአናሎግ ድግግሞሽ ከ 300MHz ሲበልጥ የትራሲንግ ኢምፔዳንስን መቆጣጠር አስፈላጊ ነው። የ PCB ዱካ ቁልፍ መለኪያዎች አንዱ የባህሪ ኢምፔዳንስ ነው (ማለትም ሞገዱ በምልክት ማስተላለፊያ መስመር ላይ ሲተላለፍ የቮልቴጅ እና የአሁኑ ጥምርታ)። በ PCBs ላይ ያሉት የሽቦዎች ባህሪ ኢምፔዳንስ የ PCB ዲዛይን አስፈላጊ አመላካች ነው። በተለይም በከፍተኛ ድግግሞሽ PCB ዲዛይን ውስጥ፣ የሽቦው ባህሪ ኢምፔዳንስ ከመሳሪያው ወይም ከሲግናል ከሚፈለገው ባህሪ ኢምፔዳንስ ጋር የሚጣጣም ወይም የሚዛመድ መሆኑን ግምት ውስጥ ማስገባት ያስፈልጋል። ይህ ሁለት ፅንሰ ሀሳቦችን ያካትታል፡ የኢምፔዳንስ ቁጥጥር እና የኢምፔዳንስ ማዛመድ። ይህ ጽሑፍ በኢምፔዳንስ ቁጥጥር እና በስታክል ዲዛይን ጉዳዮች ላይ ያተኩራል።

በፒሲቢ (PCB) ኮንዳክተሮች ውስጥ የተለያዩ ምልክቶች ይተላለፋሉ። የማስተላለፊያ ፍጥነቱን ለማሻሻል ድግግሞሹ መጨመር አለበት። የወረዳው የኢምፔዳንስ እሴት እንደ መቅረጽ፣ የንብርብር ውፍረት እና የሽቦ ስፋት፣ ወዘተ ባሉ ምክንያቶች ይለያያል፣ ይህም የምልክት መዛባትን ያስከትላል። ስለዚህ፣ በከፍተኛ ፍጥነት PCBs ላይ ያሉ የኮንዳክተሮች የኢምፔዳንስ እሴት በተወሰነ ክልል ውስጥ ቁጥጥር ሊደረግበት ይገባል፣ ይህም "ኢምፔዳንስ ቁጥጥር" ይባላል።

የ PCB ዱካዎች ኢምፔዳንስ የሚወሰነው በኢንዳክቲቭ እና በካፓሲቲቭ ኢንዳክቴንስ፣ በመቋቋም እና በኮንዳክቲቭ ኮፊሸንት ነው። የ PCB ሽቦዎችን ኢምፔዳንስ ላይ ተጽዕኖ የሚያሳድሩት ምክንያቶች በዋናነት የመዳብ ሽቦውን ስፋት እና ውፍረት፣ የመካከለኛውን ዲኤሌክትሪክ ቋሚ እና ውፍረት፣ የመሸጫ ፓድ ውፍረት፣ የመሬት ሽቦው መንገድ እና በሽቦው ዙሪያ ያለውን ሽቦ ወዘተ ያካትታሉ። የ PCB ኢምፔዳንስ ክልል ከ25 እስከ 120 ohms ነው።

በተግባር፣ የ PCB ማስተላለፊያ መስመሮች በተለምዶ የሽቦ ዱካ፣ አንድ ወይም ከዚያ በላይ የማጣቀሻ ንብርብሮችን እና የኢንሱሌሽን ቁሳቁሶችን ያካትታሉ። ዱካው እና ሽፋኑ የቁጥጥር ኢምፐዳንስን ይመሰርታሉ። PCBs ብዙውን ጊዜ ባለብዙ ንብርብር መዋቅሮችን ይጠቀማሉ፣ እና የኢምፐዳንስ ቁጥጥር በተለያዩ መንገዶች ሊገነባ ይችላል። ሆኖም፣ ጥቅም ላይ የዋለው ዘዴ ምንም ይሁን ምን፣ የኢምፐዳንስ እሴቱ የሚወሰነው በአካላዊ አወቃቀሩ እና በኢንሱሌሽን ቁሱ ኤሌክትሮኒክ ባህሪያት ነው፡

ማይክሮስትራይፕ የሽቦ መስመር ሲሆን አንድ ጎን ብቻ የማጣቀሻ አውሮፕላን ያለው የማስተላለፊያ መስመርን ያመለክታል። የላይኛው እና የጎን ክፍሎች ለአየር የተጋለጡ (ወይም የተሸፈኑ) ሲሆኑ በኤሌክትሪክ ወይም በመሬት ንብርብር እንደ ማጣቀሻ በኢንሱሌሽን ቋሚ ኤር ፒሲቢ ወለል ላይ ይገኛሉ። በሚከተለው ምስል ላይ እንደሚታየው፡

ማሳሰቢያ፡- በእውነተኛው የፒሲቢ ማምረቻ ውስጥ፣ የፒሲቢ ፋብሪካው ብዙውን ጊዜ በፒሲቢው ወለል ላይ አረንጓዴ ቀለም ይሸፍናል። ስለዚህ፣ በእውነተኛ የኢምፔዳንስ ስሌቶች ውስጥ፣ በሚከተለው ምስል ላይ የሚታየው ሞዴል ብዙውን ጊዜ ለገጽታ ማይክሮስትሪፕ መስመሮች ያገለግላል።

ስትሪፕላይን (stripline) በሁለት የማጣቀሻ ፕላኖች መካከል የተቀመጠ የሽቦ መስመር ሲሆን፣ በሚከተለው ምስል ላይ እንደሚታየው። በH1 እና H2 የተወከለው የዳይኤሌክትሪክ ቋሚዎች ዳይኤሌክትሪክ ቋሚዎች የተለያዩ ሊሆኑ ይችላሉ።

ከላይ የተጠቀሱት ሁለት ጉዳዮች በተለምዶ የተካተቱ የአይኦቲ ብልህ ሃርድዌር እና ሌሎች ስርዓቶችን ለመማር የሚያገለግሉ የማይክሮስትሪፕ እና ስትሪፕላይኖች ማሳያዎች ናቸው። እንደ ሽፋን ያለው ማይክሮስትሪፕ ያሉ ብዙ የተለዩ የማይክሮስትሪፕ እና ስትሪፕላይኖች ዓይነቶች አሉ፣ እነዚህም ከፒሲቢዎች የተወሰነ የመደርደሪያ መዋቅር ጋር የተያያዙ ናቸው።

የባህሪ ኢምፔዳንስን ለማስላት የሚያገለግለው እኩልታ ውስብስብ የሂሳብ ስሌቶችን ይፈልጋል፣ ብዙውን ጊዜ የመስክ መፍትሄ ዘዴዎችን በመጠቀም፣ የወሰን ኤለመንት ትንተናን ጨምሮ። ስለዚህ፣ ልዩ የኢምፔዳንስ ስሌት ሶፍትዌር SI9000ን በመጠቀም፣ ማድረግ የሚያስፈልገን የባህሪ ኢምፔዳንስ መለኪያዎችን መቆጣጠር ብቻ ነው፡

የኢንሱሌሽን ንብርብር ዳይኤሌክትሪክ ቋሚ ኤር፣ የሽቦው ስፋት W1 እና W2 (ትራፔዞይድ)፣ የሽቦው ውፍረት T እና የኢንሱሌሽን ንብርብር ውፍረት H።

W - የተነደፈ የመስመር ስፋት

ሀ - የመለጠጥ መጥፋት (ከላይ ያለውን ሰንጠረዥ ይመልከቱ)

በመስመሩ የላይኛው እና የታችኛው ክፍል መካከል ያለው ወጥነት የጎደለው ስፋት ምክንያቱ የ PCBs ማምረቻ ሂደት በሚካሄድበት ጊዜ ዝገት ከላይ እስከ ታች ስለሚከሰት የተበላሸው መስመር ትራፔዞይድ ቅርጽ ይኖረዋል።

በመስመር ውፍረት ቲ እና በዚህ ንብርብር የመዳብ ውፍረት መካከል ተዛማጅ ግንኙነት አለ፣ እንደሚከተለው፡

* የሶልደር ጭምብል ውፍረት በኢምፔዳንስ ላይ ባለው አነስተኛ ተጽዕኖ ምክንያት፣ 0.5 ሚሊ ሊትር የማይለወጥ እሴት እንደሆነ ይገመታል።

እነዚህን መለኪያዎች በመቆጣጠር የኢምፔዳንስ ቁጥጥርን ማግኘት እንችላለን። የአንዌይን የታችኛው PCB እንደ ምሳሌ በመውሰድ የኢምፔዳንስ ቁጥጥር ደረጃዎችን እና የSI9000 አጠቃቀምን እናብራራለን፡

ሁለተኛው ንብርብር የመሬት ወለል ሲሆን አምስተኛው ንብርብር የኃይል ወለል ሲሆን የተቀሩት ንብርብሮች ደግሞ የምልክት ንብርብሮች ናቸው።

ማብራሪያ፡ በመካከለኛው ንብርብሮች መካከል ያለው ዳይኤሌክትሪክ FR-4 ሲሆን ዳይኤሌክትሪክ ቋሚ 4.2 ነው፤ የላይኛው እና የታችኛው ንብርብሮች ከአየር ጋር በቀጥታ የሚገናኙ ባዶ ንብርብሮች ሲሆኑ የአየር ዳይኤሌክትሪክ ቋሚ 1 ነው።

የፒሲቢ ዲዛይነሮች የኢምፔዳንስ ቁጥጥርን ለማሳካት የፒሲቢዎችን ተዋረዳዊ መዋቅር ሙሉ በሙሉ መጠቀም ይችላሉ። የተለያዩ የሲግናል ንብርብሮችን በተለያዩ የንብርብር ቦታዎች ላይ በማስቀመጥ፣ የንብርብር ውስጠ-ንብርብር አቅም እና ኢንዳክታንስ ውጤታማ በሆነ መንገድ መቆጣጠር ይቻላል። በአጠቃላይ፣ ውስጣዊው ንብርብር ከፍተኛ የኢምፔዳንስ ቁሳቁሶችን ይጠቀማል፣ ውጫዊው ንብርብር ደግሞ የማንጸባረቅ እና የመስቀለኛ መንገድ ተጽእኖን ለመቀነስ ዝቅተኛ የኢምፔዳንስ ቁሳቁሶችን ይጠቀማል።

የዲፈረንሻል ሲግናል ማስተላለፊያ መስመሮች የተሻለ የጣልቃ ገብነት ችሎታ እና ዝቅተኛ የመስቀለኛ መንገድ አደጋን ሊሰጡ ይችላሉ። ዲፈረንሻል ሲግናል ማስተላለፊያ መስመሮች ተቃራኒ ቮልቴጅ ያላቸው ነገር ግን እኩል መጠን ያላቸው ጥንድ ትይዩ ሽቦዎች ሲሆኑ፣ ይህም የተሻለ የሲግናል ታማኝነት እና ፀረ-ጣልቃ ገብነት ችሎታን ሊያቀርቡ ይችላሉ። የዲፈረንሻል ሲግናል ማስተላለፊያ መስመሮች ኢምፔዳንስ ብዙውን ጊዜ የሚቆጣጠረው በመስመር ክፍተት፣ ስፋት እና የመሬት አቀማመጥ ምርጫ ነው።

እንደ PCB የመስመር ስፋት፣ ክፍተት እና አቀማመጥ ያሉ የጂኦሜትሪክ መለኪያዎችም ኢምፔዳንስን ለመቆጣጠር ሊያገለግሉ ይችላሉ። ለተለመዱ የማይክሮስትሪፕ መስመሮች፣ ወፍራም የመስመር ስፋት እና ትልቅ ክፍተት ኢምፔዳንስን ሊቀንስ ይችላል። ለኮአክሲያል መስመሮች፣ ትናንሽ የውስጥ መስመር ዲያሜትሮች እና ትላልቅ የውጪ መስመር ራዲየስ ኢምፔዳንስን ሊጨምሩ ይችላሉ። የሽቦ ጂኦሜትሪ ምርጫ በተወሰኑ የኢምፔዳንስ መስፈርቶች እና በምልክት ድግግሞሽ ላይ የተመሠረተ ማመቻቸትን ይፈልጋል።

የፒሲቢ ቁሳቁሶች ዳይኤሌክትሪክ ቋሚነትም ኢምፔዳንስን ይነካል። የተረጋጋ ዳይኤሌክትሪክ ባህሪያት ያላቸውን ቁሳቁሶች መምረጥ የኢምፔዳንስ መቆጣጠሪያ አካል ነው። በከፍተኛ ድግግሞሽ እና በከፍተኛ ፍጥነት አፕሊኬሽኖች ውስጥ፣ በብዛት ጥቅም ላይ የሚውሉ ቁሳቁሶች FR-4 (የመስታወት ፋይበር የተጠናከረ ሰሌዳ)፣ PTFE (ፖሊቴትራፍሎሮኢቲሊን) እና RF (የሬዲዮ ፍሪኩዌንሲ) ላሜናቶችን ያካትታሉ።

የፒሲቢ ዲዛይን ከመደረጉ በፊት የማስመሰል እና የዲዛይን መሳሪያዎችን መጠቀም ዲዛይነሮች ኢምፔዳንስን በፍጥነት እና በትክክል እንዲያረጋግጡ እና እንዲያሻሽሉ ሊረዳቸው ይችላል። እነዚህ መሳሪያዎች የወረዳ ባህሪን፣ የምልክት ማስተላለፊያ ኪሳራዎችን እና የኤሌክትሮማግኔቲክ መስተጋብሮችን በመምሰል የተሻሉ የፒሲቢ ዲዛይን መለኪያዎችን ለመወሰን ይችላሉ። አንዳንድ የተለመዱ የማስመሰል መሳሪያዎች CST Studio Suite፣ HyperLynx እና ADS ያካትታሉ።

የፒሲቢ ኢምፔዳንስ ቁጥጥር በከፍተኛ ፍጥነት ዲጂታል እና አናሎግ ወረዳዎች ውስጥ ወሳኝ ሚና ይጫወታል። በተመጣጣኝ ተዋረዳዊ ዲዛይን፣ የተለያዩ የምልክት ማስተላለፊያ መስመሮችን መጠቀም፣ የሽቦ ጂኦሜትሪ ቁጥጥር፣ ተገቢ የሆኑ የፒሲቢ ቁሳቁሶችን መምረጥ እና የማስመሰል እና የዲዛይን መሳሪያዎችን መጠቀም፣ ትክክለኛ የኢምፔዳንስ ቁጥጥር ማግኘት ይቻላል፣ በዚህም የወረዳ አፈጻጸምን እና የምልክት ታማኝነትን ያሻሽላል።