impedance control ဆိုတာဘာလဲ၊ PCB တွေမှာ impedance control ကို ဘယ်လိုလုပ်ဆောင်ရမလဲ။

ခေတ်မီအီလက်ထရွန်းနစ်ပစ္စည်းများဒီဇိုင်းတွင် PCB များသည် အရေးပါသောအခန်းကဏ္ဍမှ ပါဝင်သည်။ PCB များ၏စွမ်းဆောင်ရည်သည် အီလက်ထရွန်းနစ်စနစ်တစ်ခုလုံး၏ တည်ငြိမ်မှု၊ ယုံကြည်စိတ်ချရမှုနှင့် ထုတ်လွှင့်မှုထိရောက်မှုကို တိုက်ရိုက်အကျိုးသက်ရောက်စေသည်။ ၎င်းတို့တွင် impedance control သည် PCB ဒီဇိုင်း၏ အရေးကြီးသောအစိတ်အပိုင်းတစ်ခုဖြစ်သည်။ ခေတ်မီဒစ်ဂျစ်တယ်ဆားကစ်များသည် signal ထုတ်လွှင့်ချိန်တိုတောင်းပြီး clock rate များမြင့်မားသောကြောင့် PCB traces များသည် ရိုးရှင်းသောချိတ်ဆက်မှုများမဟုတ်တော့ဘဲ transmission lines များဖြစ်သည်။ PCB impedance control ဆိုသည်မှာ signal ထုတ်လွှင့်မှု၏ အရည်အသွေးနှင့် တည်ငြိမ်မှုကိုသေချာစေရန် PCB ပေါ်ရှိ signal များ၏ transmission speed နှင့် impedance matching ကို ထိန်းချုပ်ခြင်းဖြစ်သည်။

လက်တွေ့အခြေအနေများတွင် digital marginal velocity သည် 1ns ထက်မြင့်သောအခါ သို့မဟုတ် analog frequency သည် 300MHz ထက်ကျော်လွန်သောအခါ trace impedance ကိုထိန်းချုပ်ရန်လိုအပ်သည်။ PCB trace ၏ အဓိက parameter များထဲမှတစ်ခုမှာ ၎င်း၏ characteristic impedance (ဆိုလိုသည်မှာ signal transmission line တစ်လျှောက် wave ကိုထုတ်လွှင့်သောအခါ voltage နှင့် current အချိုး) ဖြစ်သည်။ PCB များပေါ်ရှိ ဝါယာကြိုးများ၏ characteristic impedance သည် PCB ဒီဇိုင်း၏ အရေးကြီးသော indicator တစ်ခုဖြစ်သည်။ အထူးသဖြင့် high frequency PCB ဒီဇိုင်းတွင် ဝါယာကြိုး၏ characteristic impedance သည် device သို့မဟုတ် signal ၏ လိုအပ်သော characteristic impedance နှင့် ကိုက်ညီမှုရှိမရှိ စဉ်းစားရန်လိုအပ်သည်။ ၎င်းတွင် သဘောတရား ၂ ခုပါဝင်သည်- impedance control နှင့် impedance matching။ ဤဆောင်းပါးသည် impedance control နှင့် stack design ဆိုင်ရာကိစ္စရပ်များကို အဓိကထားသည်။

PCB ရဲ့ conductor တွေမှာ ထုတ်လွှင့်တဲ့ signal အမျိုးမျိုးရှိပါတယ်။ transmission rate မြှင့်တင်ဖို့အတွက် frequency ကို မြှင့်တင်ရပါမယ်။ circuit ရဲ့ impedance တန်ဖိုးဟာ etching၊ layer thickness နဲ့ wire width စတဲ့အချက်တွေကြောင့် ကွဲပြားပြီး signal distortion ဖြစ်စေပါတယ်။ ဒါကြောင့် high-speed PCB တွေမှာရှိတဲ့ conductor တွေရဲ့ impedance တန်ဖိုးကို သတ်မှတ်ထားတဲ့ range အတွင်း ထိန်းချုပ်သင့်ပြီး အဲဒါကို "impedance control" လို့ခေါ်ပါတယ်။

PCB လမ်းကြောင်းများ၏ impedance ကို ၎င်းတို့၏ inductive နှင့် capacitive inductance၊ resistance နှင့် conductivity coefficient များဖြင့် ဆုံးဖြတ်သည်။ PCB ဝါယာကြိုးများ၏ impedance ကို သက်ရောက်မှုရှိသော အချက်များတွင် အဓိကအားဖြင့် ကြေးနီဝါယာကြိုး၏ အကျယ်နှင့် အထူ၊ dielectric constant နှင့် medium ၏ အထူ၊ solder pad ၏ အထူ၊ ground ဝါယာကြိုး၏ လမ်းကြောင်းနှင့် ဝါယာကြိုးပတ်လည်ရှိ ဝါယာကြိုးများ စသည်တို့ ပါဝင်သည်။ PCB impedance ၏ အကွာအဝေးမှာ 25 မှ 120 ohms အထိ ရှိသည်။

လက်တွေ့တွင်၊ PCB ထုတ်လွှင့်မှုလိုင်းများတွင် ဝါယာကြိုးခြေရာ၊ တစ်ခု သို့မဟုတ် တစ်ခုထက်ပိုသော ရည်ညွှန်းအလွှာများနှင့် insulation ပစ္စည်းများ ပါဝင်လေ့ရှိသည်။ ခြေရာနှင့်အလွှာသည် control impedance ကို ဖွဲ့စည်းသည်။ PCB များသည် မကြာခဏ multi-layer ဖွဲ့စည်းပုံများကို လက်ခံကျင့်သုံးလေ့ရှိပြီး impedance control ကို နည်းလမ်းအမျိုးမျိုးဖြင့် တည်ဆောက်နိုင်သည်။ သို့သော်၊ အသုံးပြုသောနည်းလမ်း မည်သို့ပင်ရှိစေကာမူ impedance တန်ဖိုးကို ၎င်း၏ ရုပ်ပိုင်းဆိုင်ရာဖွဲ့စည်းပုံနှင့် insulation ပစ္စည်း၏ electronic properties များဖြင့် ဆုံးဖြတ်မည်ဖြစ်သည်။

မိုက်ခရိုစထရစ်ဆိုသည်မှာ ရည်ညွှန်းမျက်နှာပြင်တစ်ဖက်တည်းသာရှိသော ဓာတ်အားလိုင်းကို ရည်ညွှန်းသည့် ဝါယာကြိုးတစ်ချောင်းဖြစ်သည်။ အပေါ်နှင့် ဘေးများသည် လေနှင့်ထိတွေ့နေသည် (သို့မဟုတ် အလွှာအုပ်ထားသည်) ဖြစ်ပြီး insulation constant Er PCB ၏ မျက်နှာပြင်ပေါ်တွင် တည်ရှိပြီး power သို့မဟုတ် ground layer ကို ရည်ညွှန်းချက်အဖြစ် အသုံးပြုသည်။ အောက်ပါပုံတွင်ပြထားသည့်အတိုင်း-

မှတ်ချက်- တကယ့် PCB ထုတ်လုပ်ရာမှာ PCB စက်ရုံက PCB ရဲ့ မျက်နှာပြင်ပေါ်မှာ အစိမ်းရောင်မင်အလွှာတစ်လွှာ အုပ်လေ့ရှိပါတယ်။ ဒါကြောင့် တကယ့် impedance တွက်ချက်မှုတွေမှာ အောက်ပါပုံမှာပြထားတဲ့ မော်ဒယ်ကို မျက်နှာပြင် microstrip မျဉ်းတွေအတွက် အသုံးပြုလေ့ရှိပါတယ်။

အောက်ပါပုံတွင်ပြထားသည့်အတိုင်း stripline သည် reference planes ၂ ခုကြားတွင် ထားရှိသော ဝါယာကြိုးချောင်းတစ်ခုဖြစ်သည်။ H1 နှင့် H2 ဖြင့် ကိုယ်စားပြုထားသော dielectric ၏ dielectric constant များသည် မတူညီနိုင်ပါ။

အထက်ဖော်ပြပါ ဖြစ်ရပ် ၂ ခုသည် embedded IoT intelligent hardware နှင့် အခြားစနစ်များကို သင်ယူရန်အတွက် အသုံးပြုလေ့ရှိသော microstrip နှင့် striplines များ၏ ပုံမှန်သရုပ်ပြမှုတစ်ခုသာဖြစ်သည်။ PCB များ၏ သီးခြား stacking structure နှင့် ဆက်စပ်နေသော coated microstrip ကဲ့သို့သော microstrip နှင့် striplines အမျိုးအစားများစွာရှိသည်။

ဝိသေသလက္ခဏာ impedance တွက်ချက်ရန်အသုံးပြုသောညီမျှခြင်းသည် ရှုပ်ထွေးသောသင်္ချာတွက်ချက်မှုများ လိုအပ်ပြီး များသောအားဖြင့် boundary element analysis အပါအဝင် field solving နည်းလမ်းများကိုအသုံးပြုသည်။ ထို့ကြောင့်၊ အထူးပြု impedance တွက်ချက်မှုဆော့ဖ်ဝဲ SI9000 ကိုအသုံးပြုခြင်းဖြင့်၊ ကျွန်ုပ်တို့လုပ်ရန်မှာ ဝိသေသလက္ခဏာ impedance ၏ parameters များကိုထိန်းချုပ်ရန်သာဖြစ်သည်။

insulation အလွှာ၏ dielectric constant Er၊ ဝါယာကြိုးအကျယ် W1 နှင့် W2 (trapezoidal)၊ ဝါယာကြိုးအထူ T နှင့် insulation အလွှာအထူ H တို့ဖြစ်သည်။

W – ဒီဇိုင်းထုတ်ထားသော မျဉ်းအကျယ်

A – ခြစ်ရာဆုံးရှုံးမှု (အထက်ပါဇယားကိုကြည့်ပါ)

လိုင်း၏ အပေါ်နှင့်အောက်ခြေကြား အကျယ် မညီမျှခြင်း၏ အကြောင်းရင်းမှာ PCB များ ထုတ်လုပ်သည့် လုပ်ငန်းစဉ်အတွင်း အပေါ်မှအောက်သို့ သံချေးတက်ပြီး သံချေးတက်နေသော လိုင်း၏ စတုဂံပုံသဏ္ဍာန်ကို ဖြစ်ပေါ်စေသောကြောင့် ဖြစ်သည်။

မျဉ်းအထူ T နှင့် ဤအလွှာ၏ ကြေးနီအထူအကြားတွင် အောက်ပါအတိုင်း သက်ဆိုင်ရာ ဆက်နွယ်မှုတစ်ခု ရှိပါသည်။

* ဂဟေဆက်မျက်နှာဖုံးအထူသည် impedance အပေါ် အနည်းငယ်သာ သက်ရောက်မှုရှိသောကြောင့် ၎င်းကို 0.5mil ၏ ကိန်းသေတန်ဖိုးဟု ယူဆရသည်။

ဤ parameter များကို ထိန်းချုပ်ခြင်းဖြင့် impedance control ကို ရရှိနိုင်ပါသည်။ Anwei ၏ အောက်ခြေ PCB ကို ဥပမာအဖြစ်ယူ၍ impedance control ၏ အဆင့်များနှင့် SI9000 အသုံးပြုမှုကို ရှင်းပြပါမည်။

ဒုတိယအလွှာက မြေပြင်မျက်နှာပြင်၊ ပဉ္စမအလွှာက ပါဝါမျက်နှာပြင်ဖြစ်ပြီး ကျန်အလွှာများက အချက်ပြအလွှာများဖြစ်သည်။

ရှင်းလင်းချက်- အလယ်အလတ်အလွှာများကြားရှိ dielectric သည် FR-4 ဖြစ်ပြီး dielectric constant သည် 4.2 ရှိသည်။ အပေါ်နှင့်အောက်အလွှာများသည် လေနှင့်တိုက်ရိုက်ထိတွေ့သော ဗလာအလွှာများဖြစ်ပြီး လေ၏ dielectric constant သည် 1 ဖြစ်သည်။

PCB ဒီဇိုင်နာများသည် impedance control ရရှိရန်အတွက် PCB များ၏ အဆင့်ဆင့်ဖွဲ့စည်းပုံကို အပြည့်အဝအသုံးချနိုင်သည်။ မတူညီသော signal layer များကို မတူညီသော layer position များတွင် ထားရှိခြင်းဖြင့် interlayer capacitance နှင့် inductance တို့ကို ထိရောက်စွာ ထိန်းချုပ်နိုင်သည်။ ယေဘုယျအားဖြင့် အတွင်းပိုင်းအလွှာသည် impedance မြင့်မားသောပစ္စည်းများကို အသုံးပြုပြီး အပြင်ဘက်အလွှာသည် reflection နှင့် crosstalk ၏သက်ရောက်မှုကို လျှော့ချရန် impedance နိမ့်သောပစ္စည်းများကို အသုံးပြုသည်။

Differential signal ထုတ်လွှင့်မှုလိုင်းများသည် ပိုမိုကောင်းမွန်သော anti-interference စွမ်းရည်နှင့် crosstalk အန္တရာယ်ကို လျှော့ချပေးနိုင်သည်။ Differential signal ထုတ်လွှင့်မှုလိုင်းများသည် ဆန့်ကျင်ဘက်ဗို့အားများရှိသော်လည်း အရွယ်အစားတူညီသော parallel ဝါယာကြိုးတစ်စုံဖြစ်ပြီး ပိုမိုကောင်းမွန်သော signal integrity နှင့် anti-interference စွမ်းရည်ကို ပေးစွမ်းနိုင်သည်။ Differential signal ထုတ်လွှင့်မှုလိုင်းများ၏ impedance ကို လိုင်းအကွာအဝေး၊ အကျယ်နှင့် မြေပြင်မျက်နှာပြင်ရွေးချယ်မှုဖြင့် ထိန်းချုပ်လေ့ရှိသည်။

PCB လိုင်းအကျယ်၊ အကွာအဝေးနှင့် အပြင်အဆင်ကဲ့သို့သော geometric parameters များကိုလည်း impedance ကိုထိန်းချုပ်ရန်အသုံးပြုနိုင်သည်။ အဖြစ်များသော microstrip လိုင်းများအတွက်၊ လိုင်းအကျယ်ပိုထူခြင်းနှင့် အကွာအဝေးပိုကြီးခြင်းသည် impedance ကိုလျှော့ချနိုင်သည်။ coaxial လိုင်းများအတွက်၊ အတွင်းပိုင်းလိုင်းအချင်းသေးငယ်ခြင်းနှင့် အပြင်ဘက်လိုင်းအချင်းဝက်ပိုကြီးခြင်းသည် impedance ကိုတိုးစေနိုင်သည်။ wiring geometry ရွေးချယ်မှုသည် သီးခြား impedance လိုအပ်ချက်များနှင့် signal frequency ပေါ်အခြေခံ၍ အကောင်းဆုံးဖြစ်အောင်ပြုလုပ်ရန်လိုအပ်သည်။

PCB ပစ္စည်းများ၏ dielectric constant သည် impedance ကိုလည်း သက်ရောက်မှုရှိသည်။ တည်ငြိမ်သော dielectric ဂုဏ်သတ္တိများရှိသော ပစ္စည်းများကို ရွေးချယ်ခြင်းသည် impedance ထိန်းချုပ်မှု၏ တစ်စိတ်တစ်ပိုင်းဖြစ်သည်။ မြင့်မားသောကြိမ်နှုန်းနှင့် မြင့်မားသောမြန်နှုန်းအသုံးချမှုများတွင် အသုံးများသော ပစ္စည်းများတွင် FR-4 (ဖန်ဖိုက်ဘာအားဖြည့်ဘုတ်)၊ PTFE (polytetrafluoroethylene) နှင့် RF (ရေဒီယိုကြိမ်နှုန်း) laminates များ ပါဝင်သည်။

PCB ဒီဇိုင်းမရေးဆွဲမီ simulation နှင့် ဒီဇိုင်းကိရိယာများကို အသုံးပြုခြင်းသည် ဒီဇိုင်နာများအား impedance ကို မြန်ဆန်တိကျစွာ အတည်ပြုပြီး အကောင်းဆုံးဖြစ်အောင် လုပ်ဆောင်ရန် ကူညီပေးနိုင်ပါသည်။ ဤကိရိယာများသည် circuit behavior၊ signal transmission losses နှင့် electromagnetic interaction များကို အကောင်းဆုံး PCB ဒီဇိုင်း parameters များကို ဆုံးဖြတ်ရန် simulate လုပ်နိုင်ပါသည်။ အသုံးများသော simulation tool အချို့တွင် CST Studio Suite၊ HyperLynx နှင့် ADS တို့ ပါဝင်သည်။

PCB impedance control သည် မြန်နှုန်းမြင့် digital နှင့် analog circuit များတွင် အရေးပါသော အခန်းကဏ္ဍမှ ပါဝင်သည်။ ကျိုးကြောင်းဆီလျော်သော အဆင့်ဆင့်ဒီဇိုင်း၊ differential signal transmission lines များကို အသုံးပြုခြင်း၊ wiring geometry ကို ထိန်းချုပ်ခြင်း၊ သင့်လျော်သော PCB ပစ္စည်းများကို ရွေးချယ်ခြင်းနှင့် simulation နှင့် design tools များကို အသုံးပြုခြင်းဖြင့် တိကျသော impedance control ကို ရရှိနိုင်ပြီး circuit performance နှင့် signal integrity ကို တိုးတက်စေသည်။