Kontrola împedansê çi ye û meriv çawa kontrola împedansê li ser PCB-yan dike?

Di sêwirandina cîhazên elektronîkî yên nûjen de, PCB roleke girîng dilîzin. Performansa PCB-yan rasterast bandorê li ser aramî, pêbawerî û karîgeriya veguhestinê ya tevahiya pergala elektronîkî dike. Di nav wan de, kontrola împedansê beşek girîng a sêwirana PCB-ê ye. Ji ber ku çerxên dîjîtal ên nûjen demên veguhestina sînyalê kurttir û rêjeyên demjimêrê yên bilindtir hene, şopên PCB-ê êdî ne girêdanên hêsan in, lê bi vî rengî xetên veguhestinê ne. Kontrola împedansê ya PCB-ê tê wateya kontrolkirina leza veguhestinê û hevahengiya împedansê ya sînyalan li ser PCB-ê da ku kalîte û aramiya veguhestina sînyalê misoger bike.

Di rewşên pratîkî de, dema ku leza marjînal a dîjîtal ji 1ns bilindtir be an jî frekansa analog ji 300MHz derbas bibe, pêdivî ye ku împedansa şopê were kontrol kirin. Yek ji parametreyên sereke yên şopa PCB împedansa wê ya taybetmendî ye (ango rêjeya voltaja bi herikê re dema ku pêl li ser xeta veguhestina sînyalê tê veguheztin). Împedansa taybetmendî ya têlan li ser PCB nîşanek girîng a sêwirana PCB ye. Bi taybetî di sêwirana PCB ya frekansa bilind de, pêdivî ye ku meriv bifikire ka împedansa taybetmendî ya têlê bi împedansa taybetmendî ya pêwîst a cîhaz an sînyalê re lihevhatî ye an na. Ev 2 têgehan vedihewîne: kontrola împedansê û hevahengiya împedansê. Ev gotar li ser mijarên kontrola împedansê û sêwirana stûnê disekine.

Di rêberên PCB-ê de sînyalên cûrbecûr têne şandin. Ji bo ku rêjeya veguhestina wê baştir bibe, divê frekansa wê were zêdekirin. Nirxa împedansa devreyê bixwe ji ber faktorên wekî gravurkirin, stûriya qatê û firehiya têlê, û hwd. diguhere, ku dibe sedema xirabûna sînyalê. Ji ber vê yekê, divê nirxa împedansa rêberên li ser PCB-yên bilez di nav rêzek diyarkirî de were kontrol kirin, ku jê re "kontrola împedansê" tê gotin.

Impedanca şopên PCB-ê bi înduktansa wan a înduktîv û kapasîte, berxwedan û kapasîteya rêvebirinê ve tê destnîşankirin. Faktorên ku bandorê li impedanca têlên PCB-ê dikin bi giranî firehî û stûriya têla sifir, sabîta dielektrîk û stûriya navîn, stûriya pêlava lehimê, rêya têla erdê, û têlên li dora têlan, û hwd. Rêzeya impedanca PCB-ê 25 heta 120 ohm e.

Di pratîkê de, xetên veguhestinê yên PCB bi gelemperî ji şopa têl, yek an çend tebeqeyên referansê, û materyalên îzolekirinê pêk tên. Şop û tebeqe împedansa kontrolê pêk tînin. PCB pir caran avahiyên pir-tebeqeyî bikar tînin, û kontrola împedansê jî dikare bi awayên cûrbecûr were çêkirin. Lêbelê, bêyî ku rêbaza ku tê bikar anîn çi be, nirxa împedansê dê ji hêla avahiya wê ya fîzîkî û taybetmendiyên elektronîkî yên materyalê îzolekirinê ve were destnîşankirin:

Mîkroşîrît şerîteke têl e ku behsa xeta veguhestinê dike ku tenê aliyekî wê xwedî rûbereke referansê ye. Ser û alî li ber hewayê ne (an jî têne pêçandin) û li ser rûyê PCB-ya sabîta îzolekirinê Er cih digirin, bi qata hêz an erdê wekî referans. Wekî ku di wêneya jêrîn de tê xuyang kirin:

Têbînî: Di çêkirina PCB-ê ya rastîn de, kargeha PCB-ê bi gelemperî qatek ji boyaxa kesk li ser rûyê PCB-ê dipêçe. Ji ber vê yekê, di hesabên împedansa rastîn de, modela ku di wêneya jêrîn de tê nîşandan bi gelemperî ji bo xetên mîkroşîrîta rûvî tê bikar anîn.

Xeta şerîtê şerîtek têl e ku di navbera 2 balafirên referansê de tê danîn, wekî ku di wêneya jêrîn de tê xuyang kirin. Sabîtên dîelektrîk ên dîelektrîkê yên ku bi H1 û H2 têne temsîl kirin dikarin cûda bin.

Du rewşên jorîn tenê xwenîşandanek tîpîk a mîkroşîrît û xetên şerîtê ne, ku bi gelemperî ji bo fêrbûna alavên jîr ên IoT-ê yên çakkirî û pergalên din têne bikar anîn. Gelek celebên taybetî yên mîkroşîrît û xetên şerîtê hene, wekî mîkroşîrîta pêçayî, ku bi avahiya taybetî ya stûkirinê ya PCB-yan ve girêdayî ne.

Hevkêşeya ku ji bo hesabkirina împedansa taybetmendî tê bikar anîn, hesabên matematîkî yên tevlihev hewce dike, bi gelemperî bi karanîna rêbazên çareserkirina zeviyê, di nav de analîza hêmanên sînor. Ji ber vê yekê, bi karanîna nermalava hesabkirina împedansa taybetî SI9000, tiştê ku divê em bikin ev e ku parametreyên împedansa taybetmendî kontrol bikin:

Sabîta dielektrîkê Er a qata îzolasyonê, firehiya têlan W1 û W2 (trapezoidal), stûriya têlan T, û stûriya qata îzolasyonê H.

W – firehiya xêza sêwirandî

A – windabûna xêzkirinê (li tabloya jorîn binêre)

Sedema nelihevhatina firehiya di navbera jor û jêrê xetê de ew e ku di dema pêvajoya çêkirina PCB-yan de, korozyon ji jor ber bi jêr ve çêdibe, û di encamê de xeta korozîdî dibe sedema şiklê trapezoidî.

Têkiliyeke hevber di navbera stûriya xêza T û stûriya sifir a vê tebeqeyê de heye, wekî jêrîn:

* Ji ber bandora piçûk a qalindahiya maskeya lehimê li ser berxwedana hewayê, tê texmînkirin ku nirxek sabît a 0.5mil e.

Em dikarin bi kontrolkirina van parametreyan kontrola împedansê bi dest bixin. Bi mînaka PCB-ya jêrîn a Anwei, em ê gavên kontrola împedansê û karanîna SI9000 rave bikin:

Qata duyem asta erdê ye, qata pêncem asta hêzê ye, û qatên mayî qatên sînyalê ne.

Şirove: Dielektrîk di navbera tebeqeyên navîn de FR-4 e, bi sabita dielektrîk a 4.2; Tebeqeyên jorîn û jêrîn tebeqeyên tazî ne ku rasterast bi hewayê re dikevin têkiliyê, û sabita dielektrîk a hewayê 1 e.

Sêwiranerên PCB dikarin bi tevahî avahiya hiyerarşîk a PCB-yan bikar bînin da ku kontrola împedansê bi dest bixin. Bi danîna qatên sînyalê yên cûda di pozîsyonên qatên cûda de, kapasîte û înduktansa navbera qatan dikare bi bandor were kontrol kirin. Bi gelemperî, qata hundurîn materyalên împedansa bilind û qata derve jî materyalên împedansa nizm bikar tîne da ku bandora refleks û axaftinê kêm bike.

Xetên veguhestina sînyala dîferansiyel dikarin şiyana dijî-destwerdanê ya çêtir û xetera axaftinên navberî kêmtir peyda bikin. Xetên veguhestina sînyala dîferansiyel cotek têlên paralel in ku voltaja wan dijber e lê mezinahîyên wan wekhev in, ku dikarin yekparebûna sînyalê û şiyana dijî-destwerdanê ya çêtir peyda bikin. Berxwedana xetên veguhestina sînyala dîferansiyel bi gelemperî bi hilbijartina mesafeya xêzan, firehî û rûbera erdê ve tê kontrol kirin.

Parametreyên geometrîk ên wekî firehiya xeta PCB, mesafeya wê û nexşeya wê jî dikarin ji bo kontrolkirina împedansê werin bikar anîn. Ji bo xetên mîkroşîrîtên hevpar, firehiya xeta stûrtir û mesafeya wê ya mezintir dikare împedansê kêm bike. Ji bo xetên koaksiyal, diameterên xeta hundirîn ên piçûktir û radiusên xeta derve yên mezintir dikarin împedansê zêde bikin. Hilbijartina geometriya têlan li gorî hewcedariyên împedansê yên taybetî û frekansa sînyalê hewceyê çêtirkirinê ye.

Sabîta dîelektrîk a materyalên PCB bandorê li ser împedansê jî dike. Hilbijartina materyalên bi taybetmendiyên dîelektrîk ên sabît beşek ji kontrola împedansê ye. Di sepanên frekans û leza bilind de, materyalên ku bi gelemperî têne bikar anîn lamînatên FR-4 (panela bi fîbera cam hatiye xurtkirin), PTFE (polîtetrafluoroetîlen), û RF (frekanseke radyoyê) ne.

Berî sêwirana PCB-ê, karanîna amûrên simulasyon û sêwirandinê dikare alîkariya sêwiraneran bike ku bi lez û bez împedansant verast bikin û çêtir bikin. Ev amûr dikarin tevgera devreyê, windahiyên veguhestina sînyalê û têkiliyên elektromagnetîk simul bikin da ku parametreyên sêwirana PCB-ê yên çêtirîn diyar bikin. Hin amûrên simulasyonê yên hevpar CST Studio Suite, HyperLynx û ADS hene.

Kontrola împedansa PCB di devreyên dîjîtal û analog ên bilez de roleke girîng dilîze. Bi rêya sêwirana hiyerarşîk a maqûl, karanîna xetên veguhestina sînyala cûdahiyê, kontrolkirina geometriya têlan, hilbijartina materyalên PCB-ê yên guncaw, û karanîna amûrên simulasyon û sêwiranê, kontrola împedansa rast dikare were bidestxistin, bi vî rengî performansa devreyê û yekparebûna sînyalê baştir dibe.