Ki sa ki kontwòl enpedans e kijan pou fè kontwòl enpedans sou PCB yo

Nan konsepsyon aparèy elektwonik modèn yo, PCB yo jwe yon wòl enpòtan. Pèfòmans PCB yo afekte dirèkteman estabilite, fyab ak efikasite transmisyon tout sistèm elektwonik la. Pami yo, kontwòl enpedans lan se yon pati enpòtan nan konsepsyon PCB. Piske sikui dijital modèn yo gen tan transmisyon siyal ki pi kout ak vitès revèy ki pi wo, tras PCB yo pa senp koneksyon ankò, men liy transmisyon ki koresponn. Kontwòl enpedans PCB a refere a kontwole vitès transmisyon an ak matche enpedans siyal yo sou PCB a pou asire kalite ak estabilite transmisyon siyal la.

Nan sitiyasyon pratik, li nesesè pou kontwole enpedans tras la lè vitès majinal dijital la pi wo pase 1ns oswa frekans analòg la depase 300MHz. Youn nan paramèt kle tras PCB a se enpedans karakteristik li (sa vle di rapò vòltaj ak kouran lè ond lan transmèt sou liy transmisyon siyal la). Enpedans karakteristik fil yo sou PCB yo se yon endikatè enpòtan nan konsepsyon PCB. Espesyalman nan konsepsyon PCB wo frekans, li nesesè pou konsidere si enpedans karakteristik fil la konsistan avèk oswa matche ak enpedans karakteristik aparèy la oswa siyal la ki nesesè. Sa enplike 2 konsèp: kontwòl enpedans ak matche enpedans. Atik sa a konsantre sou pwoblèm kontwòl enpedans ak konsepsyon pil.

Gen plizyè siyal ki transmèt nan kondiktè PCB yo. Pou amelyore vitès transmisyon li, li nesesè pou ogmante frekans li. Valè enpedans sikwi a li menm varye akòz faktè tankou gravur, epesè kouch ak lajè fil, elatriye, sa ki lakòz distòsyon siyal. Se poutèt sa, valè enpedans kondiktè yo sou PCB gwo vitès yo ta dwe kontwole nan yon sèten limit, sa yo rele "kontwòl enpedans".

Enpedans tras PCB yo detèmine pa enduktans endiktif ak kapasitif yo, rezistans ak koyefisyan konduktivite yo. Faktè ki afekte enpedans fil elektrik PCB yo sitou gen ladan yo lajè ak epesè fil kwiv la, konstan dyelèktrik la ak epesè medyòm lan, epesè pad soude a, chemen fil tè a, ak fil elektrik ki antoure fil elektrik la, elatriye. Ranje enpedans PCB a se 25 a 120 ohm.

An pratik, liy transmisyon PCB yo tipikman konsiste de yon tras fil, youn oubyen plizyè kouch referans, ak materyèl izolasyon. Tras la ak kouch la konstitye enpedans kontwòl la. PCB yo souvan adopte estrikti milti-kouch, epi kontwòl enpedans kapab tou konstwi nan divès fason. Sepandan, kèlkeswa metòd yo itilize a, valè enpedans lan pral detèmine pa estrikti fizik li ak pwopriyete elektwonik materyèl izolasyon an:

Yon mikrostrip se yon teren fil elektrik ki refere a yon liy transmisyon ki gen yon sèl bò ki gen yon plan referans. Pati anwo a ak kote yo ekspoze a lè (oswa yo kouvri) epi yo sitiye sou sifas yon PCB Er konstan izolasyon, avèk kouch pouvwa a oswa kouch tè a kòm referans. Jan yo montre nan figi sa a:

Nòt: Nan fabrikasyon PCB aktyèl la, faktori PCB a anjeneral mete yon kouch lank vèt sou sifas PCB a. Se poutèt sa, nan kalkil enpedans aktyèl yo, modèl ki montre nan figi sa a anjeneral itilize pou liy mikrostrip sifas yo.

Yon liy bann (stripline) se yon teren fil elektrik ki plase ant 2 plan referans, jan yo montre nan figi ki anba la a. Konstan dyelèktrik dyelèktrik ki reprezante pa H1 ak H2 a ka diferan.

De ka ki anwo yo se jis yon demonstrasyon tipik de microstrip ak striplines, anjeneral yo itilize pou aprantisaj pyès ki nan konpitè entelijan IoT entegre ak lòt sistèm. Gen anpil kalite espesifik microstrip ak striplines, tankou microstrip kouvri, ki gen rapò ak estrikti anpile espesifik PCB yo.

Ekwasyon ki itilize pou kalkile enpedans karakteristik la mande kalkil matematik konplèks, anjeneral lè l sèvi avèk metòd rezoud chan mayetik, tankou analiz eleman limit. Se poutèt sa, lè l sèvi avèk lojisyèl espesyalize pou kalkil enpedans SI9000, tout sa nou bezwen fè se kontwole paramèt enpedans karakteristik la:

Konstan dyelèktrik Er kouch izolasyon an, lajè fil elektrik W1 ak W2 (trapezoidal), epesè fil elektrik T, ak epesè kouch izolasyon H.

W – lajè liy ki fèt la

A – pèt grave (gade tablo ki anwo a)

Rezon ki fè lajè ki pa konsistan ant tèt ak anba liy lan se paske pandan pwosesis fabrikasyon PCB yo, korozyon rive soti anwo jouk anba, sa ki lakòz liy ki korode a pran yon fòm trapezoidal.

Gen yon relasyon korespondan ant epesè liy T a ak epesè kwiv kouch sa a, jan sa a:

* Akòz ti enfliyans epesè mask soude a sou enpedans, yo sipoze li gen yon valè konstan 0.5mil.

Nou ka reyalize kontwòl enpedans lè nou kontwole paramèt sa yo. Pran PCB anba Anwei a kòm egzanp, nou pral eksplike etap kontwòl enpedans yo ak itilizasyon SI9000 la:

Dezyèm kouch la se plan tè a, senkyèm kouch la se plan pouvwa a, epi kouch ki rete yo se kouch siyal yo.

Eksplikasyon: Dyelektrik ki genyen ant kouch entèmedyè yo se FR-4, ak yon konstan dyelektrik 4.2; Kouch anwo ak anba yo se kouch vid ki antre an kontak dirèk ak lè a, epi konstan dyelektrik lè a se 1.

Konsèpteur PCB yo ka itilize estrikti yerarchik PCB yo nèt ale pou reyalize kontwòl enpedans. Lè yo mete diferan kouch siyal nan diferan pozisyon kouch, kapasitans ak enduktans entèkouch yo ka kontwole efektivman. Anjeneral, kouch enteryè a itilize materyèl ki gen gwo enpedans epi kouch ekstèn lan itilize materyèl ki gen ba enpedans pou diminye enpak refleksyon ak diafoni.

Liy transmisyon siyal diferansyèl yo ka bay pi bon kapasite anti-entèferans epi diminye risk diafoni. Liy transmisyon siyal diferansyèl yo se yon pè fil paralèl ak vòltaj opoze men gwosè egal, sa ki ka bay pi bon entegrite siyal ak kapasite anti-entèferans. Enpedans liy transmisyon siyal diferansyèl yo anjeneral kontwole pa seleksyon espasman liy lan, lajè ak plan tè a.

Paramèt jeyometrik tankou lajè liy PCB, espasman ak layout kapab itilize tou pou kontwole enpedans. Pou liy microstrip komen yo, lajè liy ki pi epè ak espasman ki pi gwo ka diminye enpedans. Pou liy koaksiyal yo, dyamèt liy enteryè ki pi piti ak reyon liy ekstèn ki pi gwo ka ogmante enpedans. Seleksyon jeyometri fil elektrik la mande pou optimize ki baze sou egzijans enpedans espesifik ak frekans siyal.

Konstan dyelèktrik materyèl PCB yo afekte enpedans tou. Chwazi materyèl ki gen pwopriyete dyelèktrik ki estab se yon pati nan kontwòl enpedans. Nan aplikasyon ki gen gwo frekans ak gwo vitès, materyèl yo itilize souvan yo enkli FR-4 (kat ranfòse ak fib vè), PTFE (politetrafluoroetilèn), ak laminasyon RF (frekans radyo).

Anvan konsepsyon PCB, itilizasyon zouti simulation ak konsepsyon ka ede konsèpteur yo verifye epi optimize enpedans byen vit e avèk presizyon. Zouti sa yo ka simile konpòtman sikwi, pèt transmisyon siyal ak entèraksyon elektwomayetik pou detèmine paramèt konsepsyon PCB optimal yo. Gen kèk zouti simulation komen tankou CST Studio Suite, HyperLynx ak ADS.

Kontwòl enpedans PCB jwe yon wòl enpòtan nan sikui dijital ak analòg gwo vitès. Atravè yon konsepsyon yerarchik rezonab, itilizasyon liy transmisyon siyal diferansyèl, kontwòl jeyometri fil elektrik, seleksyon materyèl PCB ki apwopriye, ak itilizasyon zouti simulation ak konsepsyon, yon kontwòl enpedans presi ka reyalize, kidonk amelyore pèfòmans sikui ak entegrite siyal.