Импедансты башкаруу деген эмне жана PCB'лерде импедансты башкарууну кантип жүргүзүү керек

Заманбап электрондук түзүлүштөрдү долбоорлоодо ПХБлар чечүүчү ролду ойнойт. ПХБлардын иштеши бүтүндөй электрондук системанын туруктуулугуна, ишенимдүүлүгүнө жана өткөрүү натыйжалуулугуна түздөн-түз таасир этет. Алардын арасында импедансты башкаруу ПХБнын дизайнынын маанилүү бөлүгү болуп саналат. Заманбап санариптик схемаларда сигнал берүү убактысы кыскараак жана такт жыштыгы жогору болгондуктан, ПХБ издери мындан ары жөнөкөй туташуулар эмес, тиешелүү түрдө берүү линиялары болуп саналат. ПХБнын импедансын башкаруу сигнал берүүнүн сапатын жана туруктуулугун камсыз кылуу үчүн ПХБдагы сигналдардын берүү ылдамдыгын жана импеданс дал келүүсүн башкарууну билдирет.

Практикалык кырдаалдарда, санариптик чектик ылдамдык 1нс жогору болгондо же аналогдук жыштык 300 МГц ашканда, издик импедансты көзөмөлдөө зарыл. PCB изинин негизги параметрлеринин бири - анын мүнөздүү импедансы (б.а. сигнал берүү линиясы боюнча толкун берилгенде чыңалуу менен токтун катышы). PCBдеги зымдардын мүнөздүү импедансы PCB дизайнынын маанилүү көрсөткүчү болуп саналат. Айрыкча жогорку жыштыктагы PCB дизайнында зымдын мүнөздүү импедансы түзмөктүн же сигналдын талап кылынган мүнөздүү импедансына шайкеш келеби же дал келеби, эске алуу керек. Бул эки түшүнүктү камтыйт: импедансты башкаруу жана импедансты дал келтирүү. Бул макалада импедансты башкаруу жана стек дизайны маселелерине көңүл бурулат.

ПХБнын өткөргүчтөрүндө ар кандай сигналдар берилет. Анын өткөрүү ылдамдыгын жакшыртуу үчүн анын жыштыгын жогорулатуу керек. Чынжырдын өзүнүн импеданс мааниси сигналдын бурмаланышына алып келүүчү оюу, катмардын калыңдыгы жана зымдын туурасы сыяктуу факторлорго байланыштуу өзгөрүп турат. Ошондуктан, жогорку ылдамдыктагы ПХБдагы өткөргүчтөрдүн импеданс мааниси белгилүү бир диапазондо башкарылышы керек, ал "импедансты башкаруу" деп аталат.

ПХБ издеринин импедансы алардын индуктивдүү жана сыйымдуулук индуктивдүүлүгү, каршылыгы жана өткөрүмдүүлүк коэффициенти менен аныкталат. ПХБ зымдарынын импедансына таасир этүүчү факторлорго негизинен жез зымдын туурасы жана калыңдыгы, диэлектрик туруктуулугу жана чөйрөнүн калыңдыгы, ширетүүчү аянтчанын калыңдыгы, жерге туташтыруучу зымдын жолу жана зымдардын айланасындагы зымдар ж.б. кирет. ПХБ импедансынын диапазону 25тен 120 омго чейин.

Иш жүзүндө, PCB берүү линиялары, адатта, зымдын изинен, бир же бир нече шилтеме катмарларынан жана изоляциялык материалдардан турат. Из жана катмар башкаруу импедансын түзөт. PCBлер көбүнчө көп катмарлуу структураларды кабыл алышат жана импедансты башкарууну ар кандай жолдор менен курууга болот. Бирок, колдонулган ыкмага карабастан, импеданстын мааниси анын физикалык түзүлүшү жана изоляциялык материалдын электрондук касиеттери менен аныкталат:

Микро тилке – бул бир гана тарабы эталондук тегиздикке ээ болгон электр берүү линиясын билдирген зым тилкеси. Үстү жана капталдары абага ачык (же капталган) жана изоляция константасы Er PCB бетинде жайгашкан, ал эми күч же жер катмары эталон катары колдонулат. Төмөнкү сүрөттө көрсөтүлгөндөй:

Эскертүү: Чыныгы ПХБ өндүрүшүндө, ПХБ заводу, адатта, ПХБнын бетине жашыл сыя катмарын каптайт. Ошондуктан, чыныгы импеданс эсептөөлөрүндө, төмөнкү сүрөттө көрсөтүлгөн модель, адатта, беттик микротилке сызыктары үчүн колдонулат.

Тилке сызык – бул төмөнкү сүрөттө көрсөтүлгөндөй, эки эталондук тегиздиктин ортосуна жайгаштырылган зымдын тилкеси. H1 жана H2 менен көрсөтүлгөн диэлектриктин диэлектрик константалары ар кандай болушу мүмкүн.

Жогорудагы 2 учур микротилкелердин жана тилке сызыктарынын типтүү демонстрациясы болуп саналат, алар көбүнчө камтылган IoT акылдуу жабдыктарын жана башка системаларды үйрөнүү үчүн колдонулат. PCBлердин өзгөчө стектөө түзүлүшүнө байланыштуу капталган микротилке сыяктуу көптөгөн микротилкелердин жана тилке сызыктарынын белгилүү бир түрлөрү бар.

Мүнөздүү импедансты эсептөө үчүн колдонулган теңдеме татаал математикалык эсептөөлөрдү талап кылат, адатта чек ара элементтерин талдоону камтыган талаалык чечимдерди колдонуу менен. Ошондуктан, SI9000 адистештирилген импедансты эсептөө программасын колдонуу менен бизге болгону мүнөздүү импеданстын параметрлерин башкаруу керек:

Изоляция катмарынын диэлектриктик туруктуулугу Er, зымдардын туурасы W1 жана W2 (трапеция), зымдардын калыңдыгы T жана изоляция катмарынын калыңдыгы H.

W – долбоорлонгон сызыктын туурасы

A – оюу жоготуусу (жогорку таблицаны караңыз)

Линиянын үстүнкү жана астыңкы бөлүктөрүнүн туурасынын дал келбегендигинин себеби, ПХБларды өндүрүү процессинде коррозия жогорудан төмөн карай жүрүп, дат баскан сызыктын трапеция сымал формасын пайда кылат.

Бул катмардын сызыктын калыңдыгы T менен жездин калыңдыгынын ортосунда төмөнкүдөй байланыш бар:

* Ширетүүчү маска калыңдыгынын импеданска тийгизген таасири аз болгондуктан, ал 0,5 миль туруктуу мааниге ээ деп болжолдонууда.

Бул параметрлерди башкаруу менен биз импедансты башкарууга жетише алабыз. Anwei компаниясынын төмөнкү платасын мисал катары алып, биз импедансты башкаруунун кадамдарын жана SI9000ди колдонууну түшүндүрүп беребиз:

Экинчи катмар - жер тегиздиги, бешинчи катмар - кубат тегиздиги, ал эми калган катмарлар - сигнал катмарлары.

Түшүндүрмө: Ортоңку катмарлардын ортосундагы диэлектрик FR-4, диэлектрик туруктуулугу 4,2; Үстүнкү жана астыңкы катмарлар аба менен түз байланышта болгон жылаңач катмарлар, ал эми абанын диэлектрик туруктуулугу 1ге барабар.

PCB дизайнерлери импедансты башкарууга жетүү үчүн PCBлердин иерархиялык түзүлүшүн толук колдоно алышат. Ар кандай сигнал катмарларын ар кандай катмар позицияларына жайгаштыруу менен, катмар аралык сыйымдуулукту жана индуктивдүүлүктү натыйжалуу башкарууга болот. Жалпысынан алганда, ички катмар жогорку импеданс материалдарын колдонот, ал эми сырткы катмар чагылышуунун жана кайчылаш сүйлөшүүнүн таасирин азайтуу үчүн төмөнкү импеданс материалдарын колдонот.

Дифференциалдык сигнал берүү линиялары тоскоолдуктарга каршы жакшыраак мүмкүнчүлүктү жана кесилишүү коркунучун төмөндөтө алат. Дифференциалдык сигнал берүү линиялары – бул карама-каршы чыңалуудагы, бирок бирдей өлчөмдөгү параллель зымдардын жубу, алар сигналдын бүтүндүгүн жана тоскоолдуктарга каршы жакшыраак мүмкүнчүлүктү камсыздай алат. Дифференциалдык сигнал берүү линияларынын импедансы, адатта, линия аралыгын, туурасын жана жерге туташтыруу тегиздигин тандоо менен башкарылат.

PCB линиясынын туурасы, аралык жана жайгашуусу сыяктуу геометриялык параметрлерди да импедансты башкаруу үчүн колдонсо болот. Кадимки микро тилкелүү линиялар үчүн калыңыраак линиянын туурасы жана чоңураак аралык импедансты азайтышы мүмкүн. Коаксиалдык линиялар үчүн кичирээк ички линия диаметрлери жана чоңураак тышкы линия радиустары импедансты жогорулатышы мүмкүн. Зымдардын геометриясын тандоо белгилүү бир импеданс талаптарына жана сигнал жыштыгына негизделген оптималдаштырууну талап кылат.

ПХБ материалдарынын диэлектрикалык туруктуулугу да импеданска таасир этет. Туруктуу диэлектрикалык касиеттери бар материалдарды тандоо импедансты көзөмөлдөөнүн бир бөлүгү болуп саналат. Жогорку жыштыктагы жана жогорку ылдамдыктагы колдонмолордо кеңири колдонулган материалдарга FR-4 (айнек буласы менен бекемделген такта), PTFE (политетрафторэтилен) жана RF (радио жыштык) ламинаттары кирет.

PCB долбоорлоодон мурун, симуляция жана долбоорлоо куралдарын колдонуу дизайнерлерге импедансты тез жана так текшерүүгө жана оптималдаштырууга жардам берет. Бул куралдар оптималдуу PCB долбоорлоо параметрлерин аныктоо үчүн схеманын жүрүм-турумун, сигналдын берилишин жоготууларды жана электромагниттик өз ара аракеттенүүлөрдү симуляциялай алат. Айрым кеңири таралган симуляция куралдарына CST Studio Suite, HyperLynx жана ADS кирет.

Жогорку ылдамдыктагы санариптик жана аналогдук схемаларда PCB импедансын башкаруу маанилүү ролду ойнойт. Акылга сыярлык иерархиялык дизайн, дифференциалдык сигнал берүү линияларын колдонуу, зымдардын геометриясын башкаруу, тиешелүү PCB материалдарын тандоо жана симуляция жана долбоорлоо куралдарын колдонуу аркылуу так импедансты башкарууга жетишүүгө болот, ошону менен схеманын иштешин жана сигналдын бүтүндүгүн жакшыртат.