Wat is impedânsjekontrôle en hoe kinne jo impedânsjekontrôle útfiere op PCB's

Yn it ûntwerp fan moderne elektroanyske apparaten spylje PCB's in krúsjale rol. De prestaasjes fan PCB's hawwe direkt ynfloed op de stabiliteit, betrouberens en oerdrachtseffisjinsje fan it heule elektroanyske systeem. Under harren is impedânsjekontrôle in wichtich ûnderdiel fan PCB-ûntwerp. Om't moderne digitale circuits koartere sinjaaloerdrachttiden en hegere kloksnelheden hawwe, binne PCB-spoaren net langer ienfâldige ferbiningen, mar oerdrachtlinen. PCB-impedânsjekontrôle ferwiist nei it kontrolearjen fan de oerdrachtsnelheid en impedânsjeoanpassing fan sinjalen op 'e PCB om de kwaliteit en stabiliteit fan sinjaaloerdracht te garandearjen.

Yn praktyske situaasjes is it needsaaklik om de trace-impedânsje te kontrolearjen as de digitale marginale snelheid heger is as 1ns of de analoge frekwinsje mear as 300MHz is. Ien fan 'e wichtichste parameters fan PCB-trace is syn karakteristike impedânsje (d.w.s. de ferhâlding fan spanning ta stroom as de weach oer de sinjaaloerdrachtline wurdt oerdroegen). De karakteristike impedânsje fan triedden op PCB's is in wichtige yndikator fan PCB-ûntwerp. Benammen yn it ûntwerp fan hege frekwinsje PCB's is it needsaaklik om te beskôgjen oft de karakteristike impedânsje fan 'e tried oerienkomt mei of oerienkomt mei de fereaske karakteristike impedânsje fan it apparaat of sinjaal. Dit omfettet 2 konsepten: impedânsjekontrôle en impedânsjeoanpassing. Dit artikel rjochtet him op 'e problemen fan impedânsjekontrôle en stackûntwerp.

Der wurde ferskate sinjalen oerdroegen yn 'e geleiders fan 'e PCB. Om de oerdrachtsnelheid te ferbetterjen, moat de frekwinsje ferhege wurde. De impedânsjewearde fan it sirkwy sels fariëarret troch faktoaren lykas etsen, laachdikte en triedbreedte, ensfh., wat sinjaalferfoarming feroarsaket. Dêrom moat de impedânsjewearde fan geleiders op hege-snelheid PCB's binnen in bepaald berik kontroleare wurde, wat "impedânsjekontrôle" neamd wurdt.

De impedânsje fan PCB-spoaren wurdt bepaald troch har induktive en kapasitive induktânsje, wjerstân en konduktiviteitskoëffisjint. De faktoaren dy't de impedânsje fan PCB-bedrading beynfloedzje, omfetsje benammen de breedte en dikte fan 'e kopertried, de diëlektryske konstante en dikte fan it medium, de dikte fan it soldeerpad, it paad fan 'e ierdtried, en de bedrading om 'e bedrading hinne, ensfh. It berik fan PCB-impedânsje is 25 oant 120 ohm.

Yn 'e praktyk besteane PCB-oerdrachtlinen typysk út in triedtrace, ien of mear referinsjelagen en isolaasjematerialen. De trace en laach foarmje de kontrôleimpedânsje. PCB's brûke faak mearlaachstrukturen, en impedânsjekontrôle kin ek op ferskate manieren konstruearre wurde. Nettsjinsteande de brûkte metoade sil de impedânsjewearde lykwols bepaald wurde troch syn fysike struktuer en de elektroanyske eigenskippen fan it isolearjende materiaal:

In mikrostrip is in strip tried dy't ferwiist nei in transmissieline mei mar ien kant dy't in referinsjeflak hat. De boppekant en kanten binne bleatsteld oan loft (of binne bedekt) en lizze op it oerflak fan in isolaasjekonstante Er PCB, mei de stroom- of ierdlaach as referinsje. Lykas te sjen is yn 'e folgjende ôfbylding:

Opmerking: By de werklike PCB-produksje leit de PCB-fabryk meastentiids in laach griene inket op it oerflak fan 'e PCB. Dêrom wurdt by werklike impedânsjeberekkeningen it model dat werjûn wurdt yn 'e folgjende figuer meastentiids brûkt foar mikrostriplinen op it oerflak.

In stripline is in strip tried pleatst tusken 2 referinsjeflakken, lykas te sjen is yn 'e folgjende figuer. De diëlektryske konstanten fan it diëlektrikum fertsjintwurdige troch H1 en H2 kinne ferskillend wêze.

De boppesteande 2 gefallen binne gewoan in typyske demonstraasje fan mikrostrip en striplinen, dy't meastentiids brûkt wurde foar it learen fan ynbêde IoT-yntelliginte hardware en oare systemen. D'r binne in protte spesifike soarten mikrostrip en striplinen, lykas coated mikrostrip, dy't relatearre binne oan de spesifike stapelstruktuer fan PCB's.

De fergeliking dy't brûkt wurdt om de karakteristike impedânsje te berekkenjen fereasket komplekse wiskundige berekkeningen, meastentiids mei fjildoplossende metoaden, ynklusyf grinzelemintanalyse. Dêrom hoege wy, mei it brûken fan spesjalisearre impedânsjeberekkeningssoftware SI9000, allinich de parameters fan 'e karakteristike impedânsje te kontrolearjen:

De diëlektryske konstante Er fan 'e isolaasjelaach, de bedradingsbreedte W1 en W2 (trapeziumfoarmich), de bedradingsdikte T, en de dikte fan 'e isolaasjelaach H.

W - ûntworpen linebreedte

A – etsferlies (sjoch tabel hjirboppe)

De reden foar de ynkonsistente breedte tusken de boppe- en ûnderkant fan 'e line is dat tidens it produksjeproses fan PCB's korrosje fan boppen nei ûnderen foarkomt, wat resulteart yn in trapeziumfoarmige foarm fan 'e korrodearre line.

Der is in oerienkommende relaasje tusken de linedikte T en de koperdikte fan dizze laach, as folget:

* Fanwegen de lytse ynfloed fan 'e dikte fan it soldeermasker op 'e impedânsje, wurdt oannommen dat it in konstante wearde fan 0,5 mil is.

Wy kinne impedânsjekontrôle berikke troch dizze parameters te kontrolearjen. Mei de ûnderste PCB fan Anwei as foarbyld sille wy de stappen fan impedânsjekontrôle en it gebrûk fan SI9000 útlizze:

De twadde laach is it grûnflak, de fyfde laach is it krêftflak, en de oerbleaune lagen binne de sinjaallagen.

Utlis: It diëlektryske materiaal tusken de tuskenlagen is FR-4, mei in diëlektryske konstante fan 4.2; De boppeste en ûnderste lagen binne bleate lagen dy't yn direkt kontakt komme mei loft, en de diëlektryske konstante fan 'e loft is 1.

PCB-ûntwerpers kinne de hiërargyske struktuer fan PCB's folslein brûke om impedânsjekontrôle te berikken. Troch ferskate sinjaallagen yn ferskate laachposysjes te pleatsen, kinne tuskenlaachkapasitânsje en induktânsje effektyf kontroleare wurde. Yn 't algemien brûkt de binnenste laach materialen mei hege impedânsje en de bûtenste laach materialen mei lege impedânsje om de ynfloed fan refleksje en oerspraak te ferminderjen.

Differinsjele sinjaaloerdrachtlinen kinne bettere anty-ynterferinsjekapasiteit en in leger risiko op oerspraak biede. Differinsjele sinjaaloerdrachtlinen binne in pear parallelle triedden mei tsjinoerstelde spanningen mar gelikense grutte, wat bettere sinjaalintegriteit en anty-ynterferinsjekapasiteit kin biede. De impedânsje fan differinsjele sinjaaloerdrachtlinen wurdt meastentiids kontroleare troch de seleksje fan lineôfstân, breedte en grûnflak.

Geometryske parameters lykas PCB-linebreedte, -ôfstân en -layout kinne ek brûkt wurde om de impedânsje te kontrolearjen. Foar gewoane mikrostriplinen kinne dikkere linebreedte en gruttere ôfstân de impedânsje ferminderje. Foar koaksiale linen kinne lytsere binnenlinediameters en gruttere bûtenlineradii de impedânsje ferheegje. De seleksje fan bedradingsgeometry fereasket optimalisaasje basearre op spesifike impedânsjeeasken en sinjaalfrekwinsje.

De diëlektryske konstante fan PCB-materialen beynfloedet ek de impedânsje. It kiezen fan materialen mei stabile diëlektryske eigenskippen is ûnderdiel fan impedânsjekontrôle. Yn hege-frekwinsje- en hege-snelheidstapassingen omfetsje faak brûkte materialen FR-4 (glêsfezelfersterke plaat), PTFE (polytetrafluoroethyleen) en RF (radiofrekwinsje) laminaten.

Foar it ûntwerpen fan PCB's kin it brûken fan simulaasje- en ûntwerpark ûntwerpers helpe om de impedânsje fluch en sekuer te ferifiearjen en te optimalisearjen. Dizze ark kinne it gedrach fan it sirkwy, ferlies fan sinjaaloerdracht en elektromagnetyske ynteraksjes simulearje om de optimale ûntwerpparameters fan PCB's te bepalen. Guon mienskiplike simulaasjeark binne CST Studio Suite, HyperLynx en ADS.

PCB-impedânsjekontrôle spilet in krúsjale rol yn hege-snelheid digitale en analoge circuits. Troch ridlik hiërargysk ûntwerp, it brûken fan differinsjaal sinjaaloerdrachtlinen, kontrôle fan bedradingsgeometrie, seleksje fan passende PCB-materialen, en it brûken fan simulaasje- en ûntwerpark, kin krekte impedânsjekontrôle berikt wurde, wêrtroch't de prestaasjes fan it circuit en de sinjaalintegriteit ferbettere wurde.