X'inhu l-kontroll tal-impedenza u kif għandu jsir kontroll tal-impedenza fuq il-PCBs

Fid-disinn ta' apparati elettroniċi moderni, il-PCBs għandhom rwol kruċjali. Il-prestazzjoni tal-PCBs taffettwa direttament l-istabbiltà, l-affidabbiltà u l-effiċjenza tat-trażmissjoni tas-sistema elettronika kollha. Fost dawn, il-kontroll tal-impedenza huwa parti importanti mid-disinn tal-PCB. Peress li ċ-ċirkwiti diġitali moderni għandhom ħinijiet iqsar ta' trażmissjoni tas-sinjali u rati tal-arloġġ ogħla, it-traċċi tal-PCB m'għadhomx konnessjonijiet sempliċi, iżda linji ta' trażmissjoni b'mod korrispondenti. Il-kontroll tal-impedenza tal-PCB jirreferi għall-kontroll tal-veloċità tat-trażmissjoni u t-tqabbil tal-impedenza tas-sinjali fuq il-PCB biex tiġi żgurata l-kwalità u l-istabbiltà tat-trażmissjoni tas-sinjali.

F'sitwazzjonijiet prattiċi, huwa neċessarju li tiġi kkontrollata l-impedenza tat-traċċa meta l-veloċità marġinali diġitali tkun ogħla minn 1ns jew il-frekwenza analoga taqbeż it-300MHz. Wieħed mill-parametri ewlenin tat-traċċa tal-PCB huwa l-impedenza karatteristika tagħha (jiġifieri l-proporzjon tal-vultaġġ għall-kurrent meta l-mewġa tiġi trażmessa tul il-linja ta' trasmissjoni tas-sinjal). L-impedenza karatteristika tal-wajers fuq il-PCBs hija indikatur importanti tad-disinn tal-PCB. Speċjalment fid-disinn tal-PCB ta' frekwenza għolja, huwa neċessarju li jiġi kkunsidrat jekk l-impedenza karatteristika tal-wajer hijiex konsistenti ma' jew taqbilx mal-impedenza karatteristika meħtieġa tal-apparat jew tas-sinjal. Dan jinvolvi żewġ kunċetti: kontroll tal-impedenza u tqabbil tal-impedenza. Dan l-artikolu jiffoka fuq il-kwistjonijiet tal-kontroll tal-impedenza u d-disinn tal-munzell.

Hemm diversi sinjali trażmessi fil-kondutturi tal-PCB. Sabiex tittejjeb ir-rata ta' trasmissjoni tagħha, il-frekwenza tagħha trid tiżdied. Il-valur tal-impedenza taċ-ċirkwit innifsu jvarja minħabba fatturi bħall-inċiżjoni, il-ħxuna tas-saff u l-wisa' tal-wajer, eċċ., u dan jikkawża distorsjoni tas-sinjal. Għalhekk, il-valur tal-impedenza tal-kondutturi fuq PCBs b'veloċità għolja għandu jiġi kkontrollat ​​f'ċertu medda, li tissejjaħ "kontroll tal-impedenza".

L-impedenza tat-traċċi tal-PCB hija determinata mill-induttanza induttiva u kapaċittiva tagħhom, ir-reżistenza u l-koeffiċjent tal-konduttività. Il-fatturi li jaffettwaw l-impedenza tal-wajers tal-PCB jinkludu prinċipalment il-wisa' u l-ħxuna tal-wajer tar-ram, il-kostanti dielettrika u l-ħxuna tal-mezz, il-ħxuna tal-kuxxinett tal-istann, il-mogħdija tal-wajer tal-ert, u l-wajers madwar il-wajers, eċċ. Il-firxa tal-impedenza tal-PCB hija minn 25 sa 120 ohm.

Fil-prattika, il-linji ta' trasmissjoni tal-PCB tipikament jikkonsistu minn traċċa tal-wajer, saff ta' referenza wieħed jew aktar, u materjali ta' insulazzjoni. It-traċċa u s-saff jikkostitwixxu l-impedenza tal-kontroll. Il-PCBs spiss jadottaw strutturi b'ħafna saffi, u l-kontroll tal-impedenza jista' wkoll jiġi mibni b'diversi modi. Madankollu, irrispettivament mill-metodu użat, il-valur tal-impedenza se jkun determinat mill-istruttura fiżika tiegħu u l-proprjetajiet elettroniċi tal-materjal iżolanti:

Mikrostrixxa hija strixxa ta' wajer li tirreferi għal linja ta' trasmissjoni b'naħa waħda biss li għandha pjan ta' referenza. Il-parti ta' fuq u l-ġnub huma esposti għall-arja (jew miksija) u jinsabu fuq il-wiċċ ta' PCB b'insulazzjoni kostanti Er, bis-saff tal-enerġija jew tal-art bħala referenza. Kif muri fil-figura li ġejja:

Nota: Fil-manifattura attwali tal-PCB, il-fabbrika tal-PCB ġeneralment tiksi saff ta' linka ħadra fuq il-wiċċ tal-PCB. Għalhekk, fil-kalkoli attwali tal-impedenza, il-mudell muri fil-figura li ġejja ġeneralment jintuża għal-linji tal-mikrostrip tal-wiċċ.

Stripline hija strixxa ta' wajer imqiegħda bejn żewġ pjani ta' referenza, kif muri fil-figura li ġejja. Il-kostanti dielettriċi tad-dielettriku rappreżentat minn H1 u H2 jistgħu jkunu differenti.

Iż-żewġ każijiet ta' hawn fuq huma biss dimostrazzjoni tipika ta' microstrip u striplines, ġeneralment użati għat-tagħlim ta' ħardwer intelliġenti tal-IoT integrat u sistemi oħra. Hemm ħafna tipi speċifiċi ta' microstrip u striplines, bħal microstrip miksi, li huma relatati mal-istruttura speċifika ta' stivar tal-PCBs.

L-ekwazzjoni użata biex tikkalkula l-impedenza karatteristika teħtieġ kalkoli matematiċi kumplessi, ġeneralment bl-użu ta' metodi ta' soluzzjoni tal-kamp, ​​inkluża l-analiżi tal-elementi tal-konfini. Għalhekk, bl-użu tas-softwer speċjalizzat għall-kalkolu tal-impedenza SI9000, kull ma rridu nagħmlu hu li nikkontrollaw il-parametri tal-impedenza karatteristika:

Il-kostanti dielettrika Er tas-saff ta' insulazzjoni, il-wisa' tal-wajers W1 u W2 (trapeżojdali), il-ħxuna tal-wajers T, u l-ħxuna tas-saff ta' insulazzjoni H.

W – wisa' tal-linja ddisinjata

A – telf ta' inċiżjoni (ara t-tabella ta' hawn fuq)

Ir-raġuni għall-wisa' inkonsistenti bejn il-parti ta' fuq u ta' isfel tal-linja hija li matul il-proċess tal-manifattura tal-PCBs, il-korrużjoni sseħħ minn fuq għal isfel, li tirriżulta f'forma trapeżojdali tal-linja korroża.

Hemm relazzjoni korrispondenti bejn il-ħxuna tal-linja T u l-ħxuna tar-ram ta' dan is-saff, kif ġej:

* Minħabba l-influwenza żgħira tal-ħxuna tal-maskra tal-istann fuq l-impedenza, huwa preżunt li huwa valur kostanti ta' 0.5mil.

Nistgħu niksbu kontroll tal-impedenza billi nikkontrollaw dawn il-parametri. Billi nieħdu l-PCB tal-qiegħ ta' Anwei bħala eżempju, se nispjegaw il-passi tal-kontroll tal-impedenza u l-użu ta' SI9000:

It-tieni saff huwa l-pjan tal-art, il-ħames saff huwa l-pjan tal-enerġija, u s-saffi li jifdal huma s-saffi tas-sinjal.

Spjegazzjoni: Id-dielettriku bejn is-saffi intermedji huwa FR-4, b'kostanti dielettrika ta' 4.2; Is-saffi ta' fuq u ta' isfel huma saffi vojta li jiġu f'kuntatt dirett mal-arja, u l-kostanti dielettrika tal-arja hija 1.

Id-disinjaturi tal-PCB jistgħu jużaw bis-sħiħ l-istruttura ġerarkika tal-PCBs biex jiksbu kontroll tal-impedenza. Billi jitqiegħdu saffi ta' sinjali differenti f'pożizzjonijiet ta' saffi differenti, il-kapaċitanza u l-induttanza bejn is-saffi jistgħu jiġu kkontrollati b'mod effettiv. Ġeneralment, is-saff ta' ġewwa juża materjali b'impedenza għolja u s-saff ta' barra juża materjali b'impedenza baxxa biex inaqqas l-impatt tar-riflessjoni u l-crosstalk.

Linji ta' trasmissjoni ta' sinjali differenzjali jistgħu jipprovdu kapaċità aħjar kontra l-interferenza u riskju aktar baxx ta' crosstalk. Linji ta' trasmissjoni ta' sinjali differenzjali huma par ta' wajers paralleli b'vultaġġi opposti iżda daqsijiet ugwali, li jistgħu jipprovdu integrità aħjar tas-sinjal u kapaċità kontra l-interferenza. L-impedenza tal-linji ta' trasmissjoni ta' sinjali differenzjali ġeneralment hija kkontrollata mill-għażla tal-ispazjar tal-linja, il-wisa' u l-pjan tal-art.

Parametri ġeometriċi bħall-wisa' tal-linja tal-PCB, l-ispazjar u t-tqassim jistgħu jintużaw ukoll biex jikkontrollaw l-impedenza. Għal-linji komuni tal-mikrostrip, wisa' tal-linja eħxen u spazjar akbar jistgħu jnaqqsu l-impedenza. Għal-linji koassjali, dijametri tal-linja ta' ġewwa iżgħar u raġġi tal-linja ta' barra akbar jistgħu jżidu l-impedenza. L-għażla tal-ġeometrija tal-wajers teħtieġ ottimizzazzjoni bbażata fuq rekwiżiti speċifiċi tal-impedenza u l-frekwenza tas-sinjal.

Il-kostanti dielettrika tal-materjali tal-PCB taffettwa wkoll l-impedenza. L-għażla ta' materjali bi proprjetajiet dielettriċi stabbli hija parti mill-kontroll tal-impedenza. F'applikazzjonijiet ta' frekwenza għolja u veloċità għolja, materjali użati b'mod komuni jinkludu FR-4 (bord rinfurzat bil-fibra tal-ħġieġ), PTFE (politetrafluworoetilene), u laminati RF (frekwenza tar-radju).

Qabel id-disinn tal-PCB, l-użu ta' għodod ta' simulazzjoni u disinn jista' jgħin lid-disinjaturi jivverifikaw u jottimizzaw l-impedenza malajr u b'mod preċiż. Dawn l-għodod jistgħu jissimulaw l-imġiba taċ-ċirkwit, it-telf fit-trażmissjoni tas-sinjali u l-interazzjonijiet elettromanjetiċi biex jiddeterminaw il-parametri ottimali tad-disinn tal-PCB. Xi għodod ta' simulazzjoni komuni jinkludu CST Studio Suite, HyperLynx u ADS.

Il-kontroll tal-impedenza tal-PCB għandu rwol kruċjali fiċ-ċirkwiti diġitali u analogi b'veloċità għolja. Permezz ta' disinn ġerarkiku raġonevoli, l-użu ta' linji ta' trasmissjoni ta' sinjali differenzjali, kontroll tal-ġeometrija tal-wajers, għażla ta' materjali xierqa tal-PCB, u l-użu ta' għodod ta' simulazzjoni u disinn, jista' jinkiseb kontroll preċiż tal-impedenza, u b'hekk tittejjeb il-prestazzjoni taċ-ċirkwit u l-integrità tas-sinjal.