Udhibiti wa impedansi ni nini na jinsi ya kufanya udhibiti wa impedansi kwenye PCB

Katika muundo wa vifaa vya kisasa vya kielektroniki, PCB zina jukumu muhimu. Utendaji wa PCB huathiri moja kwa moja uthabiti, uaminifu na ufanisi wa upitishaji wa mfumo mzima wa kielektroniki. Miongoni mwao, udhibiti wa impedansi ni sehemu muhimu ya muundo wa PCB. Kwa kuwa saketi za kisasa za kidijitali zina muda mfupi wa upitishaji wa mawimbi na viwango vya juu vya saa, athari za PCB si miunganisho rahisi tena, bali ni mistari ya upitishaji ipasavyo. Udhibiti wa impedansi wa PCB unarejelea kudhibiti kasi ya upitishaji na ulinganishaji wa impedansi wa mawimbi kwenye PCB ili kuhakikisha ubora na uthabiti wa upitishaji wa mawimbi.

Katika hali halisi, ni muhimu kudhibiti kizuizi cha ufuatiliaji wakati kasi ya pembezoni ya dijitali iko juu kuliko 1ns au masafa ya analogi yanazidi 300MHz. Mojawapo ya vigezo muhimu vya kizuizi cha ufuatiliaji wa PCB ni kizuizi chake cha sifa (yaani uwiano wa volteji na mkondo wakati wimbi linapopitishwa kando ya mstari wa upitishaji wa ishara). Kizuizi cha sifa cha waya kwenye PCB ni kiashiria muhimu cha muundo wa PCB. Hasa katika muundo wa PCB wa masafa ya juu, ni muhimu kuzingatia ikiwa kizuizi cha sifa cha waya kinaendana au kinalingana na kizuizi cha sifa kinachohitajika cha kifaa au ishara. Hii inahusisha dhana 2: udhibiti wa kizuizi na ulinganishaji wa kizuizi. Makala haya yanaangazia masuala ya udhibiti wa kizuizi na muundo wa rafu.

Kuna ishara mbalimbali zinazosambazwa katika kondakta za PCB. Ili kuboresha kiwango chake cha upitishaji, masafa yake lazima yaongezwe. Thamani ya impedansi ya saketi yenyewe hutofautiana kutokana na mambo kama vile kuchomoa, unene wa safu na upana wa waya, n.k., na kusababisha upotoshaji wa ishara. Kwa hivyo, thamani ya impedansi ya kondakta kwenye PCB zenye kasi kubwa inapaswa kudhibitiwa ndani ya safu fulani, ambayo inaitwa "udhibiti wa impedansi".

Uzuiaji wa athari za PCB huamuliwa na mgawo wao wa upitishaji wa inductive na capacitive, upinzani na conductivity. Vipengele vinavyoathiri uzuiaji wa waya za PCB hasa ni pamoja na upana na unene wa waya wa shaba, kigezo cha dielectric na unene wa kati, unene wa pedi ya solder, njia ya waya ya ardhini, na waya unaozunguka waya, n.k. Kiwango cha uzuiaji wa PCB ni ohms 25 hadi 120.

Kwa kawaida, mistari ya upitishaji wa PCB kwa kawaida huwa na alama ya waya, safu moja au zaidi za marejeleo, na nyenzo za kuhami joto. Sehemu na safu huunda kinga ya udhibiti. PCB mara nyingi hutumia miundo ya tabaka nyingi, na udhibiti wa kinga pia unaweza kujengwa kwa njia mbalimbali. Hata hivyo, bila kujali njia inayotumika, thamani ya kinga itaamuliwa na muundo wake wa kimwili na sifa za kielektroniki za nyenzo za kuhami joto:

Kipande kidogo cha waya ni kipande cha waya kinachorejelea waya wa kupitisha umeme wenye upande mmoja tu wenye sehemu ya marejeleo. Sehemu ya juu na pande zote zimefunikwa na hewa (au zimefunikwa) na ziko kwenye uso wa PCB ya insulation isiyobadilika, huku safu ya umeme au ardhi ikiwa marejeleo. Kama inavyoonyeshwa kwenye mchoro ufuatao:

Kumbuka: Katika utengenezaji halisi wa PCB, kiwanda cha PCB kwa kawaida hufunika safu ya wino wa kijani kwenye uso wa PCB. Kwa hivyo, katika hesabu halisi za impedansi, modeli inayoonyeshwa kwenye mchoro ufuatao kwa kawaida hutumika kwa mistari ya mikrostrip ya uso.

Mstari wa mstari ni mstari wa waya uliowekwa kati ya ndege mbili za marejeleo, kama inavyoonyeshwa kwenye mchoro ufuatao. Vigezo vya dielektriki vya dielektriki vinavyowakilishwa na H1 na H2 vinaweza kuwa tofauti.

Kesi 2 zilizo hapo juu ni mfano wa kawaida wa mikrostrip na mistari ya mstari, ambayo kwa kawaida hutumika kwa ajili ya kujifunza vifaa vya akili vya IoT vilivyopachikwa na mifumo mingine. Kuna aina nyingi maalum za mikrostrip na mistari ya mstari, kama vile mikrostrip iliyofunikwa, ambayo inahusiana na muundo maalum wa upangaji wa PCB.

Mlinganyo unaotumika kukokotoa uzuiaji wa sifa unahitaji hesabu changamano za hisabati, kwa kawaida kwa kutumia mbinu za utatuzi wa sehemu, ikiwa ni pamoja na uchanganuzi wa vipengele vya mipaka. Kwa hivyo, kwa kutumia programu maalum ya kukokotoa uzuiaji wa sifa SI9000, tunachohitaji kufanya ni kudhibiti vigezo vya uzuiaji wa sifa:

Kigezo cha dielektriki Er cha safu ya insulation, upana wa waya W1 na W2 (trapezoidal), unene wa waya T, na unene wa safu ya insulation H.

W - upana wa mstari ulioundwa

A - upotevu wa etch (tazama jedwali hapo juu)

Sababu ya upana usiolingana kati ya sehemu ya juu na chini ya mstari ni kwamba wakati wa mchakato wa utengenezaji wa PCB, kutu hutokea kutoka juu hadi chini, na kusababisha umbo la trapezoidal la mstari uliotua.

Kuna uhusiano unaolingana kati ya unene wa mstari T na unene wa shaba wa safu hii, kama ifuatavyo:

* Kutokana na ushawishi mdogo wa unene wa barakoa ya solder kwenye impedansi, inadhaniwa kuwa thamani isiyobadilika ya 0.5mil.

Tunaweza kufikia udhibiti wa impedansi kwa kudhibiti vigezo hivi. Kwa kuchukua PCB ya chini ya Anwei kama mfano, tutaelezea hatua za udhibiti wa impedansi na matumizi ya SI9000:

Safu ya pili ni ndege ya ardhini, safu ya tano ni ndege ya umeme, na tabaka zilizobaki ni tabaka za ishara.

Maelezo: Dielektriki kati ya tabaka za kati ni FR-4, ikiwa na kigezo cha dielektriki cha 4.2; Tabaka za juu na chini ni tabaka tupu zinazogusana moja kwa moja na hewa, na kigezo cha dielektriki cha hewa ni 1.

Wabunifu wa PCB wanaweza kutumia kikamilifu muundo wa kihierarkia wa PCB ili kufikia udhibiti wa impedansi. Kwa kuweka tabaka tofauti za ishara katika nafasi tofauti za tabaka, uwezo wa kati ya tabaka na inductance zinaweza kudhibitiwa kwa ufanisi. Kwa ujumla, safu ya ndani hutumia vifaa vya impedansi ya juu na safu ya nje hutumia vifaa vya impedansi ya chini ili kupunguza athari za kuakisi na mazungumzo ya mseto.

Mistari ya upitishaji wa ishara tofauti inaweza kutoa uwezo bora wa kuzuia kuingiliwa na kupunguza hatari ya mazungumzo. Mistari ya upitishaji wa ishara tofauti ni jozi ya waya sambamba zenye volteji tofauti lakini zenye ukubwa sawa, ambazo zinaweza kutoa uadilifu bora wa ishara na uwezo wa kuzuia kuingiliwa. Uzuiaji wa mistari ya upitishaji wa ishara tofauti kwa kawaida hudhibitiwa na uteuzi wa nafasi ya mstari, upana na ndege ya ardhini.

Vigezo vya kijiometri kama vile upana wa mstari wa PCB, nafasi na mpangilio pia vinaweza kutumika kudhibiti impedansi. Kwa mistari ya kawaida ya mikrostrip, upana wa mstari mnene na nafasi kubwa zaidi vinaweza kupunguza impedansi. Kwa mistari ya koaxial, kipenyo kidogo cha mstari wa ndani na radii kubwa zaidi ya mstari wa nje vinaweza kuongeza impedansi. Uchaguzi wa jiometri ya waya unahitaji uboreshaji kulingana na mahitaji maalum ya impedansi na masafa ya mawimbi.

Kigezo cha dielektriki cha nyenzo za PCB pia huathiri impedansi. Kuchagua nyenzo zenye sifa thabiti za dielektriki ni sehemu ya udhibiti wa impedansi. Katika matumizi ya masafa ya juu na kasi ya juu, nyenzo zinazotumika sana ni pamoja na FR-4 (bodi iliyoimarishwa ya nyuzi za glasi), PTFE (politetrafluoroethilini), na RF (masafa ya redio).

Kabla ya kubuni PCB, kutumia zana za simulizi na usanifu kunaweza kuwasaidia wabunifu kuthibitisha na kuboresha impedansi haraka na kwa usahihi. Zana hizi zinaweza kuiga tabia ya saketi, hasara za upitishaji wa mawimbi na mwingiliano wa sumakuumeme ili kubaini vigezo bora vya usanifu wa PCB. Baadhi ya zana za simulizi za kawaida ni pamoja na CST Studio Suite, HyperLynx na ADS.

Udhibiti wa impedansi ya PCB una jukumu muhimu katika saketi za kidijitali na analogi zenye kasi ya juu. Kupitia muundo unaofaa wa kihierarkia, matumizi ya mistari ya upitishaji wa ishara tofauti, udhibiti wa jiometri ya nyaya, uteuzi wa vifaa sahihi vya PCB, na matumizi ya vifaa vya simulizi na usanifu, udhibiti sahihi wa impedansi unaweza kupatikana, na hivyo kuboresha utendaji wa saketi na uadilifu wa ishara.