प्रतिबाधा नियन्त्रण के हो र PCB हरूमा प्रतिबाधा नियन्त्रण कसरी गर्ने

आधुनिक इलेक्ट्रोनिक उपकरणहरूको डिजाइनमा, PCB हरूले महत्त्वपूर्ण भूमिका खेल्छन्। PCB हरूको कार्यसम्पादनले सम्पूर्ण इलेक्ट्रोनिक प्रणालीको स्थिरता, विश्वसनीयता र प्रसारण दक्षतालाई प्रत्यक्ष रूपमा असर गर्छ। ती मध्ये, प्रतिबाधा नियन्त्रण PCB डिजाइनको एक महत्त्वपूर्ण भाग हो। आधुनिक डिजिटल सर्किटहरूमा छोटो सिग्नल प्रसारण समय र उच्च घडी दरहरू भएकाले, PCB ट्रेसहरू अब साधारण जडानहरू होइनन्, तर तदनुसार प्रसारण लाइनहरू हुन्। PCB प्रतिबाधा नियन्त्रणले सिग्नल प्रसारणको गुणस्तर र स्थिरता सुनिश्चित गर्न PCB मा संकेतहरूको प्रसारण गति र प्रतिबाधा मिलान नियन्त्रण गर्ने बुझाउँछ।

व्यावहारिक परिस्थितिहरूमा, डिजिटल मार्जिनल वेग १ns भन्दा बढी हुँदा वा एनालग फ्रिक्वेन्सी ३००MHz भन्दा बढी हुँदा ट्रेस प्रतिबाधा नियन्त्रण गर्न आवश्यक हुन्छ। PCB ट्रेसको प्रमुख प्यारामिटरहरू मध्ये एक यसको विशेषता प्रतिबाधा हो (अर्थात् सिग्नल ट्रान्समिशन लाइनमा तरंग प्रसारित हुँदा भोल्टेज र करेन्टको अनुपात)। PCB हरूमा तारहरूको विशेषता प्रतिबाधा PCB डिजाइनको एक महत्त्वपूर्ण सूचक हो। विशेष गरी उच्च आवृत्ति PCB डिजाइनमा, तारको विशेषता प्रतिबाधा उपकरण वा सिग्नलको आवश्यक विशेषता प्रतिबाधासँग मिल्दोजुल्दो छ वा मेल खान्छ कि भनेर विचार गर्न आवश्यक छ। यसमा २ अवधारणाहरू समावेश छन्: प्रतिबाधा नियन्त्रण र प्रतिबाधा मिलान। यो लेख प्रतिबाधा नियन्त्रण र स्ट्याक डिजाइनका मुद्दाहरूमा केन्द्रित छ।

PCB को कन्डक्टरहरूमा विभिन्न संकेतहरू प्रसारित हुन्छन्। यसको प्रसारण दर सुधार गर्न, यसको फ्रिक्वेन्सी बढाउनु पर्छ। सर्किटको प्रतिबाधा मान आफैंमा एचिंग, तह मोटाई र तार चौडाइ, आदि जस्ता कारकहरूको कारणले फरक हुन्छ, जसले सिग्नल विकृति निम्त्याउँछ। त्यसकारण, उच्च-गति PCB हरूमा कन्डक्टरहरूको प्रतिबाधा मान निश्चित दायरा भित्र नियन्त्रण गर्नुपर्छ, जसलाई "प्रतिबाधा नियन्त्रण" भनिन्छ।

PCB ट्रेसहरूको प्रतिबाधा तिनीहरूको आगमनात्मक र क्यापेसिटिव इन्डक्टन्स, प्रतिरोध र चालकता गुणांकद्वारा निर्धारण गरिन्छ। PCB तारिङको प्रतिबाधालाई असर गर्ने कारकहरूमा मुख्यतया तामाको तारको चौडाइ र मोटाई, माध्यमको डाइइलेक्ट्रिक स्थिरांक र मोटाई, सोल्डर प्याडको मोटाई, ग्राउन्ड तारको मार्ग, र तारिङ वरिपरिको तार, आदि समावेश छन्। PCB प्रतिबाधाको दायरा २५ देखि १२० ओम छ।

अभ्यासमा, PCB प्रसारण लाइनहरूमा सामान्यतया तार ट्रेस, एक वा बढी सन्दर्भ तहहरू, र इन्सुलेशन सामग्रीहरू हुन्छन्। ट्रेस र तहले नियन्त्रण प्रतिबाधा गठन गर्दछ। PCB हरूले प्रायः बहु-तह संरचनाहरू अपनाउँछन्, र प्रतिबाधा नियन्त्रण पनि विभिन्न तरिकाले निर्माण गर्न सकिन्छ। यद्यपि, प्रयोग गरिएको विधिको पर्वाह नगरी, प्रतिबाधा मान यसको भौतिक संरचना र इन्सुलेट सामग्रीको इलेक्ट्रोनिक गुणहरूद्वारा निर्धारण गरिनेछ:

माइक्रोस्ट्रिप भनेको तारको एउटा पट्टी हो जसले एउटा मात्र साइडमा सन्दर्भ प्लेन भएको ट्रान्समिशन लाइनलाई जनाउँछ। माथिल्लो भाग र साइडहरू हावाको सम्पर्कमा हुन्छन् (वा लेपित हुन्छन्) र इन्सुलेशन कन्स्टेन्टेन्ट Er PCB को सतहमा अवस्थित हुन्छन्, जसमा पावर वा ग्राउन्ड लेयरलाई सन्दर्भको रूपमा राखिएको हुन्छ। निम्न चित्रमा देखाइए अनुसार:

नोट: वास्तविक PCB निर्माणमा, PCB कारखानाले सामान्यतया PCB को सतहमा हरियो मसीको तह लगाउँछ। त्यसकारण, वास्तविक प्रतिबाधा गणनामा, निम्न चित्रमा देखाइएको मोडेल सामान्यतया सतह माइक्रोस्ट्रिप लाइनहरूको लागि प्रयोग गरिन्छ।

स्ट्रिपलाइन भनेको २ सन्दर्भ समतलहरू बीच राखिएको तारको पट्टी हो, जुन निम्न चित्रमा देखाइएको छ। H1 र H2 द्वारा प्रतिनिधित्व गरिएको डाइलेक्ट्रिकको डाइलेक्ट्रिक स्थिरांकहरू फरक हुन सक्छन्।

माथिका २ केसहरू माइक्रोस्ट्रिप र स्ट्रिपलाइनहरूको विशिष्ट प्रदर्शन मात्र हुन्, जुन सामान्यतया एम्बेडेड IoT बुद्धिमान हार्डवेयर र अन्य प्रणालीहरूको सिकाइको लागि प्रयोग गरिन्छ। कोटेड माइक्रोस्ट्रिप जस्ता धेरै विशिष्ट प्रकारका माइक्रोस्ट्रिप र स्ट्रिपलाइनहरू छन्, जुन PCB हरूको विशिष्ट स्ट्याकिङ संरचनासँग सम्बन्धित छन्।

विशेषता प्रतिबाधा गणना गर्न प्रयोग गरिने समीकरणलाई जटिल गणितीय गणनाहरू आवश्यक पर्दछ, सामान्यतया सीमा तत्व विश्लेषण सहित क्षेत्र समाधान विधिहरू प्रयोग गरेर। त्यसकारण, विशेष प्रतिबाधा गणना सफ्टवेयर SI9000 प्रयोग गरेर, हामीले गर्नुपर्ने भनेको विशेषता प्रतिबाधाको प्यारामिटरहरू नियन्त्रण गर्नु हो:

इन्सुलेशन तहको डाइइलेक्ट्रिक स्थिरांक Er, तार चौडाइ W1 र W2 (ट्रापेजोइडल), तार मोटाई T, र इन्सुलेशन तह मोटाई H।

W – डिजाइन गरिएको रेखा चौडाइ

A – इच हानि (माथिको तालिका हेर्नुहोस्)

लाइनको माथिल्लो र तल्लो भाग बीचको असंगत चौडाइको कारण भनेको PCB हरूको निर्माण प्रक्रियाको क्रममा, माथिदेखि तलसम्म क्षरण हुन्छ, जसले गर्दा क्षरण भएको लाइनको ट्रापेजोइडल आकार हुन्छ।

यस तहको रेखा मोटाई T र तामा मोटाई बीच निम्नानुसार एक समान सम्बन्ध छ:

* सोल्डर मास्क मोटाईको प्रतिबाधामा कम प्रभावको कारणले गर्दा, यसलाई ०.५ मिलको स्थिर मान मानिन्छ।

हामी यी प्यारामिटरहरू नियन्त्रण गरेर प्रतिबाधा नियन्त्रण प्राप्त गर्न सक्छौं। उदाहरणको रूपमा Anwei को तल्लो PCB लिँदै, हामी प्रतिबाधा नियन्त्रणका चरणहरू र SI9000 को प्रयोगको बारेमा व्याख्या गर्नेछौं:

दोस्रो तह ग्राउन्ड प्लेन हो, पाँचौं तह पावर प्लेन हो, र बाँकी तहहरू सिग्नल लेयरहरू हुन्।

स्पष्टीकरण: मध्यवर्ती तहहरू बीचको डाइइलेक्ट्रिक FR-4 हो, जसको डाइइलेक्ट्रिक स्थिरांक ४.२ हुन्छ; माथिल्लो र तल्लो तहहरू हावासँग प्रत्यक्ष सम्पर्कमा आउने खाली तहहरू हुन्, र हावाको डाइइलेक्ट्रिक स्थिरांक १ हुन्छ।

PCB डिजाइनरहरूले प्रतिबाधा नियन्त्रण प्राप्त गर्न PCB हरूको पदानुक्रमिक संरचनालाई पूर्ण रूपमा प्रयोग गर्न सक्छन्। विभिन्न तह स्थितिहरूमा विभिन्न सिग्नल तहहरू राखेर, इन्टरलेयर क्यापेसिटन्स र इन्डक्टन्सलाई प्रभावकारी रूपमा नियन्त्रण गर्न सकिन्छ। सामान्यतया, भित्री तहले उच्च प्रतिबाधा सामग्रीहरू प्रयोग गर्दछ र बाहिरी तहले परावर्तन र क्रसटल्कको प्रभाव कम गर्न कम प्रतिबाधा सामग्रीहरू प्रयोग गर्दछ।

भिन्न सिग्नल प्रसारण लाइनहरूले राम्रो एन्टी-हस्तक्षेप क्षमता र कम क्रसटलक जोखिम प्रदान गर्न सक्छन्। भिन्न सिग्नल प्रसारण लाइनहरू विपरीत भोल्टेज तर समान आकार भएका समानान्तर तारहरूको जोडी हुन्, जसले राम्रो सिग्नल अखण्डता र एन्टी-हस्तक्षेप क्षमता प्रदान गर्न सक्छ। भिन्न सिग्नल प्रसारण लाइनहरूको प्रतिबाधा सामान्यतया लाइन स्पेसिङ, चौडाइ र ग्राउन्ड प्लेनको चयनद्वारा नियन्त्रित हुन्छ।

पीसीबी लाइन चौडाइ, स्पेसिङ र लेआउट जस्ता ज्यामितीय प्यारामिटरहरू पनि प्रतिबाधा नियन्त्रण गर्न प्रयोग गर्न सकिन्छ। सामान्य माइक्रोस्ट्रिप लाइनहरूको लागि, बाक्लो लाइन चौडाइ र ठूलो स्पेसिङले प्रतिबाधा कम गर्न सक्छ। समाक्षीय रेखाहरूको लागि, सानो भित्री रेखा व्यास र ठूलो बाहिरी रेखा त्रिज्याले प्रतिबाधा बढाउन सक्छ। तार ज्यामितिको चयनलाई विशिष्ट प्रतिबाधा आवश्यकताहरू र सिग्नल फ्रिक्वेन्सीको आधारमा अनुकूलन आवश्यक पर्दछ।

PCB सामग्रीहरूको डाइइलेक्ट्रिक स्थिरांकले प्रतिबाधालाई पनि असर गर्छ। स्थिर डाइइलेक्ट्रिक गुणहरू भएका सामग्रीहरू छनौट गर्नु प्रतिबाधा नियन्त्रणको एक भाग हो। उच्च-फ्रिक्वेन्सी र उच्च-गति अनुप्रयोगहरूमा, सामान्यतया प्रयोग हुने सामग्रीहरूमा FR-4 (ग्लास फाइबर प्रबलित बोर्ड), PTFE (पोलिटेट्राफ्लुरोइथिलीन), र RF (रेडियो फ्रिक्वेन्सी) ल्यामिनेटहरू समावेश छन्।

PCB डिजाइन गर्नु अघि, सिमुलेशन र डिजाइन उपकरणहरू प्रयोग गर्नाले डिजाइनरहरूलाई प्रतिबाधा छिटो र सही रूपमा प्रमाणित गर्न र अनुकूलन गर्न मद्दत गर्न सक्छ। यी उपकरणहरूले इष्टतम PCB डिजाइन प्यारामिटरहरू निर्धारण गर्न सर्किट व्यवहार, सिग्नल प्रसारण घाटा र विद्युत चुम्बकीय अन्तरक्रियाहरूको नक्कल गर्न सक्छन्। केही सामान्य सिमुलेशन उपकरणहरूमा CST स्टुडियो सुइट, हाइपरलिन्क्स र ADS समावेश छन्।

उच्च-गतिको डिजिटल र एनालग सर्किटहरूमा PCB प्रतिबाधा नियन्त्रणले महत्त्वपूर्ण भूमिका खेल्छ। उचित पदानुक्रमिक डिजाइन, विभेदक सिग्नल प्रसारण लाइनहरूको प्रयोग, तार ज्यामितिको नियन्त्रण, उपयुक्त PCB सामग्रीहरूको चयन, र सिमुलेशन र डिजाइन उपकरणहरूको प्रयोग मार्फत, सटीक प्रतिबाधा नियन्त्रण प्राप्त गर्न सकिन्छ, जसले गर्दा सर्किट प्रदर्शन र सिग्नल अखण्डतामा सुधार हुन्छ।