Beth yw rheoli rhwystriant a sut i berfformio rheoli rhwystriant ar PCBs

Wrth ddylunio dyfeisiau electronig modern, mae PCBs yn chwarae rhan hanfodol. Mae perfformiad PCBs yn effeithio'n uniongyrchol ar sefydlogrwydd, dibynadwyedd ac effeithlonrwydd trosglwyddo'r system electronig gyfan. Yn eu plith, mae rheoli rhwystriant yn rhan bwysig o ddylunio PCB. Gan fod gan gylchedau digidol modern amseroedd trosglwyddo signal byrrach a chyfraddau cloc uwch, nid cysylltiadau syml yw olion PCB mwyach, ond llinellau trosglwyddo yn unol â hynny. Mae rheoli rhwystriant PCB yn cyfeirio at reoli cyflymder trosglwyddo a chyfateb rhwystriant signalau ar y PCB i sicrhau ansawdd a sefydlogrwydd trosglwyddo signal.

Mewn sefyllfaoedd ymarferol, mae angen rheoli'r rhwystriant olrhain pan fydd y cyflymder ymylol digidol yn uwch nag 1ns neu pan fydd yr amledd analog yn fwy na 300MHz. Un o baramedrau allweddol olrhain PCB yw ei rwymiant nodweddiadol (h.y. y gymhareb foltedd i gerrynt pan drosglwyddir y don ar hyd y llinell drosglwyddo signal). Mae rhwystriant nodweddiadol gwifrau ar PCBs yn ddangosydd pwysig o ddyluniad PCB. Yn enwedig yn y dyluniad PCB amledd uchel, mae angen ystyried a yw rhwystriant nodweddiadol y wifren yn gyson â neu'n cyfateb i'r rhwystriant nodweddiadol gofynnol ar gyfer y ddyfais neu'r signal. Mae hyn yn cynnwys 2 gysyniad: rheoli rhwystriant a chyfateb rhwystriant. Mae'r erthygl hon yn canolbwyntio ar faterion rheoli rhwystriant a dylunio pentwr.

Mae amryw o signalau'n cael eu trosglwyddo yn dargludyddion y PCB. Er mwyn gwella ei gyfradd drosglwyddo, rhaid cynyddu ei amledd. Mae gwerth rhwystriant y gylched ei hun yn amrywio oherwydd ffactorau fel ysgythru, trwch yr haen a lled y wifren, ac ati, gan achosi ystumio signal. Felly, dylid rheoli gwerth rhwystriant dargludyddion ar PCBs cyflym o fewn ystod benodol, a elwir yn "rheoli rhwystriant".

Pennir rhwystriant olion PCB gan eu hanwythiant anwythol a chynhwyseddol, eu gwrthiant a'u cyfernod dargludedd. Mae'r ffactorau sy'n effeithio ar rwystriant gwifrau PCB yn bennaf yn cynnwys lled a thrwch y wifren gopr, y cysonyn dielectrig a thrwch y cyfrwng, trwch y pad sodr, llwybr y wifren ddaear, a'r gwifrau o amgylch y gwifrau, ac ati. Mae ystod rhwystriant PCB rhwng 25 a 120 ohms.

Yn ymarferol, mae llinellau trosglwyddo PCB fel arfer yn cynnwys olin gwifren, un neu fwy o haenau cyfeirio, a deunyddiau inswleiddio. Mae'r olin a'r haen yn ffurfio'r rhwystriant rheoli. Yn aml, mae PCBs yn mabwysiadu strwythurau aml-haen, a gellir adeiladu rheolaeth rhwystriant mewn amrywiol ffyrdd hefyd. Fodd bynnag, waeth beth fo'r dull a ddefnyddir, bydd gwerth y rhwystriant yn cael ei bennu gan ei strwythur ffisegol a phriodweddau electronig y deunydd inswleiddio:

Mae microstrip yn stribed o wifren sy'n cyfeirio at linell drosglwyddo gydag un ochr yn unig sydd â phlân cyfeirio. Mae'r top a'r ochrau wedi'u hamlygu i aer (neu wedi'u gorchuddio) ac wedi'u lleoli ar wyneb PCB cysonyn inswleiddio Er, gyda'r haen bŵer neu ddaear fel cyfeirnod. Fel y dangosir yn y ffigur canlynol:

Nodyn: Mewn gweithgynhyrchu PCB gwirioneddol, mae'r ffatri PCB fel arfer yn gorchuddio haen o inc gwyrdd ar wyneb y PCB. Felly, mewn cyfrifiadau impedans gwirioneddol, defnyddir y model a ddangosir yn y ffigur canlynol fel arfer ar gyfer llinellau microstrip arwyneb.

Stribed o wifren wedi'i gosod rhwng 2 awyren gyfeirio yw stribed, fel y dangosir yn y ffigur canlynol. Gall cysonion dielectrig y dielectrig a gynrychiolir gan H1 a H2 fod yn wahanol.

Dim ond arddangosiad nodweddiadol o ficrostripiau a striplinellau yw'r ddau achos uchod, a ddefnyddir fel arfer ar gyfer dysgu caledwedd deallus IoT mewnosodedig a systemau eraill. Mae yna lawer o fathau penodol o ficrostripiau a striplinellau, fel microstripiau wedi'u gorchuddio, sy'n gysylltiedig â strwythur pentyrru penodol PCBs.

Mae'r hafaliad a ddefnyddir i gyfrifo rhwystriant nodweddiadol yn gofyn am gyfrifiadau mathemategol cymhleth, fel arfer gan ddefnyddio dulliau datrys meysydd, gan gynnwys dadansoddi elfennau ffin. Felly, gan ddefnyddio meddalwedd cyfrifo rhwystriant arbenigol SI9000, y cyfan sydd angen i ni ei wneud yw rheoli paramedrau'r rhwystriant nodweddiadol:

Y cysonyn dielectrig Er o'r haen inswleiddio, lled y gwifrau W1 a W2 (trapezoidal), trwch y gwifrau T, a thrwch yr haen inswleiddio H.

W – lled llinell wedi'i ddylunio

A – colled ysgythru (gweler y tabl uchod)

Y rheswm dros y lled anghyson rhwng brig a gwaelod y llinell yw bod cyrydiad yn digwydd o'r top i'r gwaelod yn ystod y broses weithgynhyrchu PCBs, gan arwain at siâp trapezoidal y llinell wedi'i chyrydu.

Mae perthynas gyfatebol rhwng trwch y llinell T a thrwch copr yr haen hon, fel a ganlyn:

* Oherwydd dylanwad bach trwch y mwgwd sodr ar impedans, tybir ei fod yn werth cyson o 0.5mil.

Gallwn gyflawni rheolaeth rhwystriant trwy reoli'r paramedrau hyn. Gan gymryd PCB gwaelod Anwei fel enghraifft, byddwn yn egluro'r camau ar gyfer rheoli rhwystriant a defnyddio SI9000:

Yr ail haen yw'r plân daear, y bumed haen yw'r plân pŵer, a'r haenau sy'n weddill yw'r haenau signal.

Esboniad: Y dielectrig rhwng yr haenau canolradd yw FR-4, gyda chysonyn dielectrig o 4.2; Mae'r haenau uchaf ac isaf yn haenau noeth sy'n dod i gysylltiad uniongyrchol ag aer, ac mae cysonyn dielectrig yr aer yn 1.

Gall dylunwyr PCB ddefnyddio strwythur hierarchaidd PCBs yn llawn i gyflawni rheolaeth rhwystriant. Trwy osod gwahanol haenau signal mewn gwahanol safleoedd haen, gellir rheoli cynhwysedd ac anwythiant rhynghaen yn effeithiol. Yn gyffredinol, mae'r haen fewnol yn defnyddio deunyddiau rhwystriant uchel ac mae'r haen allanol yn defnyddio deunyddiau rhwystriant isel i leihau effaith adlewyrchiad a chroestalk.

Gall llinellau trosglwyddo signal gwahaniaethol ddarparu gwell gallu gwrth-ymyrraeth a risg croestalk is. Mae llinellau trosglwyddo signal gwahaniaethol yn bâr o wifrau cyfochrog â folteddau cyferbyniol ond meintiau cyfartal, a all ddarparu gwell uniondeb signal a gallu gwrth-ymyrraeth. Fel arfer, rheolir rhwystriant llinellau trosglwyddo signal gwahaniaethol trwy ddewis bylchau llinell, lled a phlân daear.

Gellir defnyddio paramedrau geometrig fel lled, bylchau a chynllun llinell PCB i reoli rhwystriant hefyd. Ar gyfer llinellau microstrip cyffredin, gall lled llinell fwy trwchus a bylchau mwy leihau'r rhwystriant. Ar gyfer llinellau cyd-echelinol, gall diamedrau llinell fewnol llai a radii llinell allanol mwy gynyddu'r rhwystriant. Mae'r dewis o geometreg gwifrau yn gofyn am optimeiddio yn seiliedig ar ofynion rhwystriant penodol ac amledd signal.

Mae cysonyn dielectrig deunyddiau PCB hefyd yn effeithio ar rwymedigaeth. Mae dewis deunyddiau â phriodweddau dielectrig sefydlog yn rhan o reoli rhwystredigaeth. Mewn cymwysiadau amledd uchel a chyflymder uchel, mae deunyddiau a ddefnyddir yn gyffredin yn cynnwys laminadau FR-4 (bwrdd wedi'i atgyfnerthu â ffibr gwydr), PTFE (polytetrafluoroethylene), a laminadau RF (amledd radio).

Cyn dylunio PCB, gall defnyddio offer efelychu a dylunio helpu dylunwyr i wirio ac optimeiddio impedans yn gyflym ac yn gywir. Gall yr offer hyn efelychu ymddygiad cylched, colledion trosglwyddo signal a rhyngweithiadau electromagnetig i bennu'r paramedrau dylunio PCB gorau posibl. Mae rhai offer efelychu cyffredin yn cynnwys CST Studio Suite, HyperLynx ac ADS.

Mae rheoli rhwystriant PCB yn chwarae rhan hanfodol mewn cylchedau digidol ac analog cyflym. Trwy ddylunio hierarchaidd rhesymol, defnyddio llinellau trosglwyddo signal gwahaniaethol, rheoli geometreg gwifrau, dewis deunyddiau PCB priodol, a defnyddio offer efelychu a dylunio, gellir cyflawni rheolaeth rhwystriant manwl gywir, a thrwy hynny wella perfformiad cylched a chyfanrwydd signal.