Impedans gözegçiligi näme we PCB-lerde impedans gözegçiligini nädip ýerine ýetirmeli

Häzirki zaman elektron enjamlarynyň dizaýnynda PCB-ler möhüm rol oýnaýar. PCB-leriň işi tutuş elektron ulgamyň durnuklylygyna, ygtybarlylygyna we geçirijilik netijeliligine gönüden-göni täsir edýär. Olaryň arasynda impedans gözegçiligi PCB dizaýnynyň möhüm bölegidir. Häzirki zaman sanly zynjyrlarynda signal geçirijilik wagty gysga we sagat tizligi ýokary bolany üçin, PCB yzlary indi ýönekeý birikmeler däl-de, degişlilikde geçirijilik liniýalarydyr. PCB impedans gözegçiligi signal geçirijiliginiň hilini we durnuklylygyny üpjün etmek üçin PCB-däki signallaryň geçirijilik tizligini we impedans gabat gelmegini dolandyrmagy aňladýar.

Amaly ýagdaýlarda, sanly çetki tizlik 1ns-den ýokary bolanda ýa-da analog ýygylyk 300MHz-den geçende yz impedansyny dolandyrmak zerurdyr. PCB yzynyň esasy parametrleriniň biri onuň häsiýetli impedansydyr (ýagny tolkun signal geçiriji liniýasy boýunça geçirilende naprýaženiýe we togyň gatnaşygy). PCB-lerdäki simleriň häsiýetli impedansy PCB dizaýnynyň möhüm görkezijisidir. Esasanam ýokary ýygylykly PCB dizaýnynda, simiň häsiýetli impedansynyň enjamyň ýa-da signalyň talap edilýän häsiýetli impedansyna laýyk gelýändigini ýa-da gabat gelýändigini göz öňünde tutmak zerurdyr. Bu 2 düşünjäni öz içine alýar: impedans gözegçiligi we impedans deňleşdirmesi. Bu makala impedans gözegçiligi we stek dizaýny meselelerine ünsi jemleýär.

PCB-niň geçirijilerinde dürli signallar geçirilýär. Onuň geçirijilik tizligini ýokarlandyrmak üçin onuň ýygylygyny ýokarlandyrmak gerek. Zynjyryň özüniň impedans gymmaty signalyň bozulmagyna sebäp bolýan aşındyryş, gatlagyň galyňlygy we simiň giňligi ýaly faktorlar sebäpli üýtgeýär. Şonuň üçin ýokary tizlikli PCB-lerdäki geçirijileriň impedans gymmaty belli bir aralykda dolandyrylmalydyr, bu bolsa "impedans gözegçiligi" diýlip atlandyrylýar.

PCB yzlarynyň impedansy olaryň induktiw we kuwwatly induktiwligi, garşylygy we geçirijilik koeffisiýenti bilen kesgitlenýär. PCB simleriniň impedansyna täsir edýän faktorlar, esasan, mis siminiň ini we galyňlygyny, dielektrik hemişelikligini we gurşawyň galyňlygyny, lehimleme meýdançasynyň galyňlygyny, topraklama siminiň ýoluny we simleriň töweregindäki simleri we ş.m. öz içine alýar. PCB impedansynyň diapazony 25-den 120 ohma çenlidir.

Iş ýüzünde, PCB geçirijilik liniýalary, adatça, sim yzyndan, bir ýa-da birnäçe salgylanma gatlaklaryndan we izolýasiýa materiallaryndan ybarat bolýar. Yz we gatlak dolandyryş impedansyny emele getirýär. PCB-ler köplenç köp gatlakly gurluşlary ulanýarlar we impedans gözegçiligi hem dürli usullar bilen gurulyp bilner. Şeýle-de bolsa, ulanylýan usula garamazdan, impedans gymmaty onuň fiziki gurluşy we izolýasiýa materialynyň elektron häsiýetleri bilen kesgitlener:

Mikrozolak diňe bir tarapy gözegçilik tekizligine eýe bolan geçirijilik liniýasyna degişli sim zolagydyr. Üstki we gapdallary howa açyk (ýa-da örtülýär) we güýç ýa-da toprak gatlagy gözegçilik hökmünde ulanylýan izolýasiýa hemişelik Er PCB-niň ýüzünde ýerleşýär. Aşakdaky suratda görkezilişi ýaly:

Bellik: PCB-niň hakyky önümçiliginde, PCB zawody adatça PCB-niň ýüzüne ýaşyl syýa gatlagyny çalýar. Şonuň üçin, hakyky impedans hasaplamalarynda aşakdaky suratda görkezilen model adatça ýüz mikrozolak çyzyklary üçin ulanylýar.

Zolak çyzyk, aşakdaky suratda görkezilişi ýaly, 2 sany gözegçilik tekizliginiň arasynda ýerleşdirilen sim zolagydyr. H1 we H2 bilen görkezilen dielektrikiň dielektrik hemişelikleri dürli bolup biler.

Ýokardaky 2 ýagdaý, adatça, içine goýlan IoT akylly enjamlary we beýleki ulgamlary öwrenmek üçin ulanylýan mikrostripleriň we stripleriň adaty görkezilişidir. PCB-leriň aýratyn üýşme gurluşy bilen baglanyşykly örtülen mikrostrip ýaly köp sanly mikrostripleriň we stripleriň aýratyn görnüşleri bar.

Xarakteristik impedansy hasaplamak üçin ulanylýan deňleme, adatça, serhet elementleriniň analizini öz içine alýan meýdan çözüm usullaryny ulanyp, çylşyrymly matematiki hasaplamalary talap edýär. Şonuň üçin, ýöriteleşdirilen impedansy hasaplamak programma üpjünçiligi SI9000 bilen, bize diňe häsiýetli impedansyň parametrlerini gözegçilik etmek gerek:

Izolýasiýa gatlagynyň dielektrik hemişelik Er, simleriň giňligi W1 we W2 (trapesiýa), simleriň galyňlygy T we izolýasiýa gatlagynyň galyňlygy H.

W – dizaýn edilen çyzyk giňligi

A – aşındyryş ýitgisi (ýokardaky tablisa serediň)

Çyzygyň ýokarky we aşaky böleginiň arasyndaky deňsizligiň sebäbi, PCB-leriň öndürilişiniň dowamynda ýokardan aşak poslamanyň ýüze çykmagydyr we netijede poslanan çyzygyň trapesiýa görnüşine eýe bolmagydyr.

Bu gatlagyň çyzyk galyňlygy T bilen mis galyňlygynyň arasynda aşakdaky ýaly degişli gatnaşyk bar:

* Lehim maskasynyň galyňlygynyň impedansa az täsiri sebäpli, onuň 0,5 mil deň bolan üýtgewsiz gymmaty hasaplanylýar.

Bu parametrleri dolandyrmak arkaly impedans gözegçiligini amala aşyryp bileris. Mysal hökmünde Anwei-iň aşaky PCB-sini alyp, impedans gözegçiliginiň we SI9000-iň ulanylyşynyň ädimlerini düşündireris:

Ikinji gatlak ýer tekizligi, bäşinji gatlak güýç tekizligi we galan gatlaklar signal gatlaklarydyr.

Düşündiriş: Aralyk gatlaklaryň arasyndaky dielektrik FR-4 bolup, dielektrik hemişelikligi 4.2-e deňdir; Ýokarky we aşaky gatlaklar howa bilen gönüden-göni gatnaşykda bolýan açyk gatlaklardyr we howanyň dielektrik hemişelikligi 1-e deňdir.

PCB dizaýnerleri impedans gözegçiligini amala aşyrmak üçin PCB-leriň ierarhiki gurluşyny doly ulanyp bilerler. Dürli signal gatlaklaryny dürli gatlak pozisiýalaryna ýerleşdirmek arkaly gatlaklar arasyndaky kuwwatlylyk we induktiwlik netijeli dolandyrylyp bilner. Umuman aýdanyňda, içki gatlak ýokary impedansly materiallary, daşky gatlak bolsa şöhlelenmäniň we özara täsiriň täsirini azaltmak üçin pes impedansly materiallary ulanýar.

Differensial signal geçiriji liniýalary has gowy päsgelçiliklere garşy durmak ukybyny we has pes özara täsirleşme howpuny üpjün edip biler. Differensial signal geçiriji liniýalary garşy naprýaženiýeleri bolan, ýöne deň ölçegli parallel simleriň jübütidir, bu bolsa has gowy signal bitewüligini we päsgelçiliklere garşy durmak ukybyny üpjün edip biler. Differensial signal geçiriji liniýalarynyň impedansy, adatça, liniýa aralygyny, giňligini we topraklama tekizligini saýlamak arkaly dolandyrylýar.

PCB liniýasynyň giňligi, aralygy we ýerleşişi ýaly geometrik parametrler hem impedansy dolandyrmak üçin ulanylyp bilner. Umumy mikrozolak liniýalary üçin has galyň liniýa giňligi we has uly aralyk impedansy azaldyp biler. Koaksial liniýalar üçin kiçi içki liniýa diametrleri we has uly daşarky liniýa radiuslary impedansy artdyryp biler. Simleriň geometriýasyny saýlamak belli bir impedans talaplaryna we signal ýygylygyna esaslanyp optimizasiýany talap edýär.

PCB materiallarynyň dielektrik hemişelikligi hem impedansa täsir edýär. Durnukly dielektrik häsiýetleri bolan materiallary saýlamak impedans gözegçiliginiň bir bölegidir. Ýokary ýygylykly we ýokary tizlikli ulanylyşlarda, giňden ulanylýan materiallara FR-4 (aýna süýümli güýçlendirilen tagta), PTFE (politetrafloroetilen) we RF (radio ýygylykly) laminatlary girýär.

PCB dizaýnyndan öň, simulýasiýa we dizaýn gurallaryny ulanmak dizaýnerlere impedansy çalt we takyk barlamaga we optimizirlemäge kömek edip biler. Bu gurallar optimal PCB dizaýn parametrlerini kesgitlemek üçin zynjyryň hereketini, signalyň geçirilmeginiň ýitgilerini we elektromagnit özara täsirleri simulýasiýa edip biler. Käbir umumy simulýasiýa gurallaryna CST Studio Suite, HyperLynx we ADS girýär.

PCB impedans gözegçiligi ýokary tizlikli sanly we analog zynjyrlarda möhüm rol oýnaýar. Akylly iýerarhiki dizaýn, differensial signal geçiriji liniýalaryny ulanmak, simleriň geometriýasyny dolandyrmak, degişli PCB materiallaryny saýlamak we simulýasiýa we dizaýn gurallaryny ulanmak arkaly takyk impedans gözegçiligini amala aşyrmak mümkin, şeýdip zynjyryň işini we signalyň bitewüligini ýokarlandyrýar.