Импедансын хяналт гэж юу вэ, хэлхээний самбар дээр импедансын хяналтыг хэрхэн хийх вэ

Орчин үеийн электрон төхөөрөмжийн дизайнд хэлхээний самбарууд (PCB) чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Хэлхээний самбаруудын гүйцэтгэл нь бүхэл бүтэн электрон системийн тогтвортой байдал, найдвартай байдал, дамжуулалтын үр ашигт шууд нөлөөлдөг. Тэдгээрийн дотроос импедансын хяналт нь хэлхээний самбарын дизайны чухал хэсэг юм. Орчин үеийн дижитал хэлхээ нь дохио дамжуулах хугацаа богино, цагийн хурд өндөр байдаг тул хэлхээний самбарын ул мөр нь энгийн холболт биш, харин дамжуулах шугамууд юм. Хэлхээний самбарын импедансын хяналт гэдэг нь дохио дамжуулах чанар, тогтвортой байдлыг хангахын тулд хэлхээний самбар дээрх дохионы дамжуулалтын хурд болон импедансын тохируулгыг хянахыг хэлнэ.

Практик нөхцөлд дижитал захын хурд 1ns-ээс өндөр эсвэл аналог давтамж 300MHz-ээс хэтэрсэн үед ул мөрийн эсэргүүцлийг хянах шаардлагатай байдаг. Хэлхээний хэлхээний хэлхээний гол параметрүүдийн нэг нь түүний шинж чанарын эсэргүүцэл юм (өөрөөр хэлбэл долгионыг дохио дамжуулах шугамын дагуу дамжуулах үед хүчдэл ба гүйдлийн харьцаа). Хэлхээний хэлхээний утаснуудын шинж чанарын эсэргүүцэл нь Хэлхээний хэлхээний дизайны чухал үзүүлэлт юм. Ялангуяа өндөр давтамжийн Хэлхээний хэлхээний дизайнд утасны шинж чанарын эсэргүүцэл нь төхөөрөмж эсвэл дохионы шаардлагатай шинж чанарын эсэргүүцэлтэй тохирч байгаа эсэхийг авч үзэх шаардлагатай. Үүнд эсэргүүцлийн хяналт ба эсэргүүцлийн тохируулга гэсэн 2 ойлголт багтана. Энэ нийтлэлд эсэргүүцлийн хяналт ба стекийн дизайны асуудлуудад анхаарлаа хандуулсан болно.

Хэлхээний хэлхээний дамжуулагчдад янз бүрийн дохио дамжуулагддаг. Дамжуулах хурдыг сайжруулахын тулд давтамжийг нь нэмэгдүүлэх шаардлагатай. Хэлхээний импедансын утга нь сийлбэр, давхаргын зузаан, утасны өргөн гэх мэт хүчин зүйлсээс шалтгаалан харилцан адилгүй байдаг бөгөөд энэ нь дохионы гажуудлыг үүсгэдэг. Тиймээс өндөр хурдтай Хэлхээний хэлхээний дамжуулагчийн импедансын утгыг тодорхой хязгаарт хянах ёстой бөгөөд үүнийг "импедансын хяналт" гэж нэрлэдэг.

Хэлхээний хэлхээний ул мөрийн импедансыг тэдгээрийн индуктив ба багтаамжийн индуктив чанар, эсэргүүцэл ба дамжуулах коэффициентоор тодорхойлно. Хэлхээний хэлхээний утасны импеданст нөлөөлдөг хүчин зүйлсэд голчлон зэс утасны өргөн ба зузаан, диэлектрик тогтмол ба орчны зузаан, гагнуурын дэвсгэрийн зузаан, газардуулгын утасны зам, утасны эргэн тойрон дахь утас гэх мэт орно. Хэлхээний хэлхээний импедансын хүрээ нь 25-120 ом байна.

Практикт Хэлхээний хэлхээний дамжуулах шугамууд нь ихэвчлэн утасны ул мөр, нэг буюу хэд хэдэн лавлах давхарга, тусгаарлагч материалаас бүрдэнэ. Ул мөр болон давхарга нь хяналтын импедансыг бүрдүүлдэг. Хэлхээний хэлхээ нь ихэвчлэн олон давхаргат бүтэцтэй байдаг бөгөөд импедансын хяналтыг янз бүрийн аргаар барьж болно. Гэсэн хэдий ч ашигласан аргаас үл хамааран импедансын утгыг түүний физик бүтэц болон тусгаарлагч материалын электрон шинж чанараар тодорхойлно.

Микро зурвас гэдэг нь зөвхөн нэг тал нь лавлах хавтгайтай дамжуулах шугамыг хэлдэг утсан зурвас юм. Дээд болон хажуу талууд нь агаарт ил гарсан (эсвэл бүрсэн) бөгөөд тусгаарлагч тогтмол Er PCB-ийн гадаргуу дээр байрладаг бөгөөд хүч буюу газрын давхаргыг лавлах болгон ашигладаг. Дараах зурагт үзүүлэв:

Тайлбар: Бодит хэлхээний хэвлэмэл хавтангийн үйлдвэрлэлд хэлхээний хэвлэмэл хавтангийн үйлдвэр нь ихэвчлэн хэлхээний гадаргуу дээр ногоон бэхний давхаргыг түрхдэг. Тиймээс бодит импедансын тооцоололд дараах зурагт үзүүлсэн загварыг ихэвчлэн гадаргуугийн микро зурвасын шугамд ашигладаг.

Дараах зурагт үзүүлсэн шиг тууз шугам гэдэг нь 2 лавлах хавтгайн хооронд байрлуулсан утсан тууз юм. H1 ба H2-оор илэрхийлэгдсэн диэлектрикийн диэлектрик тогтмолууд өөр байж болно.

Дээрх 2 тохиолдол нь ихэвчлэн суулгагдсан IoT ухаалаг техник хангамж болон бусад системийг сурахад ашиглагддаг микро зурвас болон зурвасын шугамын ердийн жишээ юм. ПХБ-ийн тодорхой давхаргын бүтэцтэй холбоотой бүрсэн микро зурвас гэх мэт олон төрлийн микро зурвас болон зурвасын шугамууд байдаг.

Онцлог эсэргүүцлийг тооцоолоход ашигладаг тэгшитгэл нь ихэвчлэн хил хязгаарын элементийн шинжилгээ зэрэг талбайн шийдлийн аргуудыг ашигладаг нарийн төвөгтэй математикийн тооцооллыг шаарддаг. Тиймээс, тусгай эсэргүүцлийг тооцоолох SI9000 програм хангамжийг ашиглан бидний хийх ёстой зүйл бол шинж чанарын эсэргүүцлийн параметрүүдийг хянах явдал юм.

Тусгаарлалтын давхаргын диэлектрик тогтмол Er, W1 ба W2 утасны өргөн (трапец), утасны зузаан T, тусгаарлагчийн давхаргын зузаан H.

W - тооцоолсон шугамын өргөн

А – сийлбэрийн алдагдал (дээрх хүснэгтийг үзнэ үү)

Шугамын дээд ба доод хэсгийн өргөн тогтворгүй байгаагийн шалтгаан нь хэлхээний хавтанг үйлдвэрлэх явцад дээрээс доош зэврэлт үүсч, улмаар зэврүүлсэн шугам трапец хэлбэртэй болдогт оршино.

Шугамын зузаан T болон энэ давхаргын зэсийн зузааны хооронд дараах харгалзах хамаарал байна:

* Гагнуурын маскны зузаан нь импеданст бага нөлөө үзүүлдэг тул үүнийг 0.5 милийн тогтмол утга гэж үздэг.

Эдгээр параметрүүдийг хянаснаар бид импедансын хяналтыг хийж чадна. Жишээ болгон Анвэйгийн доод хэлхээний хавтанг авч үзвэл бид импедансын хяналт болон SI9000-ийн хэрэглээний алхмуудыг тайлбарлах болно.

Хоёр дахь давхарга нь газрын хавтгай, тав дахь давхарга нь цахилгаан хавтгай, үлдсэн давхаргууд нь дохионы давхаргууд юм.

Тайлбар: Завсрын давхаргуудын хоорондох диэлектрик нь FR-4 бөгөөд диэлектрик тогтмол нь 4.2; Дээд ба доод давхаргууд нь агаартай шууд харьцдаг нүцгэн давхаргууд бөгөөд агаарын диэлектрик тогтмол нь 1 байна.

Хэлхээний самбарын дизайнерууд импедансын хяналтыг бий болгохын тулд Хэлхээний самбарын шаталсан бүтцийг бүрэн ашиглаж чаддаг. Өөр өөр дохионы давхаргыг өөр өөр давхаргын байрлалд байрлуулснаар давхаргын хоорондох багтаамж болон индукцийг үр дүнтэй хянах боломжтой. Ерөнхийдөө дотоод давхарга нь өндөр импеданстай материалыг ашигладаг бол гадна давхарга нь бага импеданстай материалыг ашиглан ойлт болон хөндлөн ярианы нөлөөллийг бууруулдаг.

Дифференциал дохио дамжуулах шугам нь илүү сайн хөндлөнгийн оролцооны чадвар болон хөндлөнгийн оролцооны эрсдэлийг бууруулж чаддаг. Дифференциал дохио дамжуулах шугам нь эсрэг хүчдэлтэй боловч ижил хэмжээтэй зэрэгцээ утаснуудын хос бөгөөд энэ нь дохионы бүрэн бүтэн байдал болон хөндлөнгийн оролцооны чадварыг сайжруулж чаддаг. Дифференциал дохио дамжуулах шугамын импедансыг ихэвчлэн шугамын зай, өргөн болон газрын хавтгайг сонгох замаар хянадаг.

Хэлхээний хэлхээний шугамын өргөн, зай, зохион байгуулалт зэрэг геометрийн параметрүүдийг импедансыг хянахын тулд ашиглаж болно. Нийтлэг микро зурвасын шугамын хувьд илүү зузаан шугамын өргөн, илүү том зай нь импедансыг бууруулж болно. Коаксиаль шугамын хувьд дотоод шугамын жижиг диаметр болон гадна шугамын том радиус нь импедансыг нэмэгдүүлж болно. Утасны геометрийг сонгохдоо тодорхой импедансын шаардлага болон дохионы давтамж дээр үндэслэн оновчлол шаардлагатай.

ПХБ материалын диэлектрик тогтмол нь импеданст нөлөөлдөг. Тогтвортой диэлектрик шинж чанартай материалыг сонгох нь импедансын хяналтын нэг хэсэг юм. Өндөр давтамжтай болон өндөр хурдтай хэрэглээнд түгээмэл хэрэглэгддэг материалуудад FR-4 (шилэн ширхэгт бэхжүүлсэн хавтан), PTFE (политетрафторэтилен) болон RF (радио давтамж) ламинат орно.

Хэлхээний самбарын дизайн хийхээс өмнө симуляци болон дизайны хэрэгслийг ашиглах нь дизайнеруудад импедансыг хурдан бөгөөд үнэн зөв баталгаажуулж, оновчтой болгоход тусалдаг. Эдгээр хэрэгслүүд нь хэлхээний зан төлөв, дохионы дамжуулалтын алдагдал болон цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийг дуурайж, оновчтой Хэлхээний самбарын дизайны параметрүүдийг тодорхойлох боломжтой. Зарим түгээмэл симуляцийн хэрэгслүүдэд CST Studio Suite, HyperLynx болон ADS орно.

Хэлхээний самбарын импедансын хяналт нь өндөр хурдны дижитал болон аналог хэлхээнд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Шаталсан загварчлал, дифференциал дохионы дамжуулах шугамыг ашиглах, утасны геометрийг хянах, тохирох Хэлхээний самбарын материалыг сонгох, симуляци болон дизайны хэрэгслийг ашиглах замаар импедансын нарийн хяналтыг хийж, улмаар хэлхээний гүйцэтгэл болон дохионы бүрэн бүтэн байдлыг сайжруулж чадна.