Импеданс контроле нәрсә ул һәм PCB'ларда импеданс контролен ничек башкарырга

Заманча электрон җайланмаларны проектлауда, PCBлар мөһим роль уйный. PCBларның эшләве бөтен электрон системаның тотрыклылыгына, ышанычлылыгына һәм тапшыру нәтиҗәлелегенә турыдан-туры тәэсир итә. Алар арасында импеданс контроле PCB дизайнының мөһим өлеше булып тора. Заманча санлы схемаларда сигнал тапшыру вакыты кыскарак һәм такт ешлыгы югарырак булганлыктан, PCB эзләре гади тоташулар түгел, ә тапшыру линияләре булып тора. PCB импедансын контрольдә тоту сигнал тапшыру сыйфатын һәм тотрыклылыгын тәэмин итү өчен PCBдагы сигналларның тапшыру тизлеген һәм импеданс туры килүен контрольдә тотуны аңлата.

Гамәли очракларда, санлы чик тизлеге 1 нс тан югарырак булганда яки аналог ешлыгы 300 МГц тан артканда, эз импедансын контрольдә тоту кирәк. PCB эзенең төп параметрларының берсе - аның характерлы импедансы (ягъни сигнал тапшыру линиясе буенча дулкын тапшырылганда көчәнешнең токка нисбәте). PCB'лардагы чыбыкларның характерлы импедансы PCB дизайнының мөһим күрсәткече булып тора. Аеруча югары ешлыклы PCB дизайнында, чыбыкның характерлы импедансы җайланманың яки ​​сигналның кирәкле характерлы импедансына туры киләме яки туры киләме икәнен исәпкә алу кирәк. Бу ике төшенчәне үз эченә ала: импеданс контроле һәм импеданс туры китерү. Бу мәкалә импеданс контроле һәм стек дизайны мәсьәләләренә багышланган.

PCB үткәргечләрендә төрле сигналлар тапшырыла. Аның тапшыру тизлеген яхшырту өчен, аның ешлыгын арттырырга кирәк. Схеманың үзенең импеданс кыйммәте сигнал бозылуына китерә торган гравировка, катлам калынлыгы һәм чыбык киңлеге һ.б. кебек факторлар аркасында үзгәрә. Шуңа күрә югары тизлекле PCB'лардагы үткәргечләрнең импеданс кыйммәте билгеле бер диапазонда контрольдә тотылырга тиеш, бу "импеданс контроле" дип атала.

PCB эзләренең импедансы аларның индуктив һәм сыйдырышлы индуктивлыгы, каршылыгы һәм үткәрүчәнлек коэффициенты белән билгеләнә. PCB үткәргечләренең импедансына тәэсир итүче факторларга, нигездә, бакыр чыбыкның киңлеге һәм калынлыгы, диэлектрик даимилеге һәм мохитнең калынлыгы, паялау мәйданчыгы калынлыгы, җир чыбыгы юлы һәм үткәргечләр тирәсендәге үткәргечләр һ.б. керә. PCB импедансы диапазоны 25-120 Ом тәшкил итә.

Гамәлдә, PCB тапшыру линияләре гадәттә чыбык эзеннән, бер яки берничә эталон катламнан һәм изоляция материалларыннан тора. Эз һәм катлам контроль импедансын тәшкил итә. PCBлар еш кына күп катламлы структураларны кулланалар, һәм импеданс контролен төрле ысуллар белән төзергә мөмкин. Ләкин, кулланылган ысулга карамастан, импеданс кыйммәте аның физик структурасы һәм изоляция материалының электрон үзлекләре белән билгеләнәчәк:

Микротасма - ул бер ягы гына эталон яссылыгына ия булган тапшыру линиясен аңлата торган чыбык тасмасы. Өске һәм ян өлешләре һавага ачык (яки капланырга мөмкин) һәм изоляция константасы Er PCB өслегендә урнашкан, көч яки җир катламы эталон буларак кулланыла. Түбәндәге рәсемдә күрсәтелгәнчә:

Искәрмә: Чынлыкта, PCB җитештерүдә, PCB заводы гадәттә PCB өслегенә яшел буяу катламын сөртә. Шуңа күрә, чын импеданс исәпләүләрендә, түбәндәге рәсемдә күрсәтелгән модель гадәттә өслек микрополоса сызыклары өчен кулланыла.

Полоса сызыгы - түбәндәге рәсемдә күрсәтелгәнчә, 2 эталон яссылык арасына урнаштырылган чыбык полосасы. H1 һәм H2 белән күрсәтелгән диэлектрикның диэлектрик даимиләре төрле булырга мөмкин.

Югарыдагы 2 очрак - микротасмалар һәм тасма сызыкларының типик демонстрациясе, гадәттә алар кертелгән IoT акыллы җиһазларын һәм башка системаларны өйрәнү өчен кулланыла. PCBларның специфик катлам структурасы белән бәйле күп төрле микротасмалар һәм тасма сызыклары бар, мәсәлән, капланган микротасмалар.

Характеристик импедансны исәпләү өчен кулланыла торган тигезләмә катлаулы математик исәпләүләрне таләп итә, гадәттә кыр чишү ысулларын, шул исәптән чик элементларын анализлауны куллана. Шуңа күрә, махсуслаштырылган SI9000 импедансны исәпләү программасы ярдәмендә безгә бары тик характеристик импеданс параметрларын контрольдә тотарга кирәк:

Изоляция катламының диэлектрик даимилеге Er, үткәргечләрнең киңлеге W1 һәм W2 (трапеция), үткәргечләрнең калынлыгы T һәм изоляция катламының калынлыгы H.

W – проектланган сызык киңлеге

А – тишеп чыгару югалтуы (өстәге таблицаны карагыз)

Линиянең өске һәм аскы киңлеге арасындагы тигез булмауның сәбәбе шунда ки, ПХБ җитештерү процессында коррозия өстән аска таба бара, нәтиҗәдә коррозияләнгән сызык трапеция формасында барлыкка килә.

Бу катламның сызык калынлыгы T һәм бакыр калынлыгы арасында түбәндәгечә бәйләнеш бар:

* Паяпкыч битлеге калынлыгының импеданска йогынтысы аз булганлыктан, ул 0,5 миль даими кыйммәт дип санала.

Бу параметрларны контрольдә тоту ярдәмендә без импеданс контроленә ирешә алабыз. Anwei'ның аскы платасын мисал итеп алып, без импеданс контроле һәм SI9000 куллану этапларын аңлатырбыз:

Икенче катлам - җир өслеге, бишенче катлам - көч өслеге, ә калган катламнар - сигнал катламнары.

Аңлатма: Арадаш катламнар арасындагы диэлектрик FR-4, диэлектрик даимилеге 4,2; Өске һәм аскы катламнар һава белән турыдан-туры бәйләнешкә керә торган ялангач катламнар, һәм һаваның диэлектрик даимилеге 1 гә тигез.

PCB дизайнерлары импеданс контроленә ирешү өчен PCB иерархик структурасын тулысынча куллана алалар. Төрле сигнал катламнарын төрле катлам позицияләренә урнаштыру аша катламара сыйдырышлыкны һәм индуктивлыкны нәтиҗәле контрольдә тотарга мөмкин. Гомумән алганда, эчке катлам югары импеданслы материаллар куллана, ә тышкы катлам чагылыш һәм үзара бәйләнеш йогынтысын киметү өчен түбән импеданслы материаллар куллана.

Дифференциаль сигнал тапшыру линияләре комачаулауга каршы яхшырак мөмкинлек бирә һәм кисешү куркынычын киметә ала. Дифференциаль сигнал тапшыру линияләре - капма-каршы көчәнешле, ләкин тигез зурлыктагы параллель чыбыклар пары, алар сигналның бөтенлеген һәм комачаулауга каршы яхшырак мөмкинлек бирә ала. Дифференциаль сигнал тапшыру линияләренең импедансы гадәттә линия аралыгын, киңлеген һәм җир яссылыгын сайлау белән контрольдә тотыла.

Геометрик параметрлар, мәсәлән, PCB линия киңлеге, ара һәм урнашу, импедансны контрольдә тоту өчен дә кулланылырга мөмкин. Гадәти микрополоса линияләре өчен калынрак линия киңлеге һәм зуррак ара импедансны киметергә мөмкин. Коаксиаль линияләр өчен кечерәк эчке линия диаметрлары һәм зуррак тышкы линия радиуслары импедансны арттырырга мөмкин. Электр үткәргечләренең геометриясен сайлау билгеле бер импеданс таләпләренә һәм сигнал ешлыгына нигезләнеп оптимизацияләүне таләп итә.

ПХБ материалларының диэлектрик даимилеге дә импеданска тәэсир итә. Тотрыклы диэлектрик үзлекләргә ия материалларны сайлау импеданс контроленең бер өлеше булып тора. Югары ешлыклы һәм югары тизлекле кушымталарда еш кулланыла торган материалларга FR-4 (пыяла җепселләре белән ныгытылган такта), PTFE (политетрафторэтилен) һәм RF (радиоешлык) ламинатлары керә.

PCB проектын эшләү алдыннан, симуляция һәм проектлау коралларын куллану дизайнерларга импедансны тиз һәм төгәл тикшерергә һәм оптимальләштерергә ярдәм итә ала. Бу кораллар схеманың эшләвен, сигнал тапшыру югалтуларын һәм электромагнит үзара бәйләнешләрне симуляцияли ала, оптималь PCB проектлау параметрларын билгели. Кайбер киң таралган симуляция коралларына CST Studio Suite, HyperLynx һәм ADS керә.

PCB импедансын контрольдә тоту югары тизлекле цифрлы һәм аналог схемаларда мөһим роль уйный. Акылга сыярлык иерархик проектлау, дифференциаль сигнал тапшыру линияләрен куллану, үткәргечләр геометриясен контрольдә тоту, тиешле PCB материалларын сайлау һәм симуляция һәм проектлау коралларын куллану аша төгәл импеданс контроленә ирешергә мөмкин, шуның белән схеманың эшләвен һәм сигналның бөтенлеген яхшыртырга мөмкин.