Řízení impedance PCB

JakPCB rychlost přepínání signálu se stále zvyšuje, dnešní návrháři desek plošných spojů potřebují porozumět a řídit impedanci tras desek plošných spojů. S kratšími signalizačními časy a vyššími taktovacími frekvencemi moderních digitálních obvodů již nejsou stopy PCB jednoduchými spoji, ale spíše přenosovými linkami.

V praxi je nutné řídit impedanci stopy při digitálních mezních rychlostech vyšších než 1ns nebo analogových frekvencích nad 300Mhz. Jedním z klíčových parametrů tras PCB je jejich charakteristická impedance (tj. poměr napětí k proudu vlny, jak se šíří po vedení přenosu signálu). Charakteristická impedance vodiče desky plošných spojů je důležitým ukazatelem konstrukce desky plošných spojů, zejména vNávrh PCBvysokofrekvenčních obvodů, je třeba vzít v úvahu, že charakteristická impedance vodiče a zařízení nebo signálu požadovaná charakteristická impedance téhož, ať už se shodují nebo ne. To zahrnuje dva koncepty: řízení impedance a přizpůsobení impedance, tento článek se zaměřuje na otázky řízení impedance a stohování.

Řízení impedance, vodič v desce plošných spojů bude mít různé přenosy signálu, aby se zlepšila jeho přenosová rychlost a musí se zlepšit jeho frekvence, samotná linka, pokud je kvůli leptání tloušťka laminované vrstvy, šířka vodiče a další různé faktory, bude mít za následek impedanci hodnou změny, takže její signál bude zkreslen. Proto by měl být vodič ve vysokorychlostní desce s plošnými spoji, jeho hodnota impedance řízena v určitém rozsahu, nazývaném "řízení impedance".

Impedance stopy PCB bude určena její indukční a kapacitní indukčností, odporem a vodivostí. Faktory ovlivňující impedanci tras DPS jsou: šířka měděného drátu, tloušťka měděného drátu, dielektrická konstanta dielektrika, tloušťka dielektrika, tloušťka podložek, dráha zemnícího drátu, stopy kolem stopy atd. Impedance DPS se pohybuje od 25 do 120 ohmů.

V praxi je nutné řídit impedanci stopy při digitálních mezních rychlostech vyšších než 1ns nebo analogových frekvencích nad 300Mhz. Jedním z klíčových parametrů tras PCB je jejich charakteristická impedance (tj. poměr napětí k proudu vlny, jak se šíří po vedení přenosu signálu). Charakteristická impedance vodiče plošného spoje je důležitým ukazatelem návrhu plošného spoje, zejména při návrhu plošného spoje vysokofrekvenčních obvodů je třeba mít na zřeteli, že charakteristická impedance vodiče a zařízení nebo signálu vyžadovaného charakteristickou impedancí stejného, ​​ať se shodují či nikoli. To zahrnuje dva koncepty: řízení impedance a přizpůsobení impedance, tento článek se zaměřuje na otázky řízení impedance a stohování.

Řízení impedance, vodič v desce plošných spojů bude mít různé přenosy signálu, aby se zlepšila jeho přenosová rychlost a musí se zlepšit jeho frekvence, samotná linka, pokud je kvůli leptání tloušťka laminované vrstvy, šířka vodiče a další různé faktory, bude mít za následek impedanci hodnou změny, takže její signál bude zkreslen. Proto by měl být vodič ve vysokorychlostní desce s plošnými spoji, jeho hodnota impedance řízena v určitém rozsahu, nazývaném "řízení impedance".

Impedance stopy PCB bude určena její indukční a kapacitní indukčností, odporem a vodivostí. Faktory ovlivňující impedanci tras DPS jsou: šířka měděného drátu, tloušťka měděného drátu, dielektrická konstanta dielektrika, tloušťka dielektrika, tloušťka podložek, dráha zemnícího drátu, stopy kolem stopy atd. Impedance DPS se pohybuje od 25 do 120 ohmů. V praxi se přenosová linka PCB obvykle skládá z vedení drátu, jedné nebo více referenčních vrstev a izolačního materiálu. Stopa a vrstvy tvoří řídicí impedanci. Desky plošných spojů budou často vícevrstvé a řídicí impedance lze konstruovat různými způsoby. Ať se však použije jakákoli metoda, hodnota impedance bude určena její fyzikální strukturou a elektronickými vlastnostmi izolačního materiálu:

       Šířka a tloušťka stopy signálu;

       Výška jádra nebo předplněného materiálu na každé straně stopy;

       Konfigurace tras a vrstev desek;

       Izolační konstanty jádra a předplněného materiálu.

       Existují dvě hlavní formy přenosových linek PCB: Microstrip a Stripline.

       Mikropásek:

       Microstrip je páskový drát, což znamená přenosové vedení s referenční rovinou pouze na jedné straně, s horní částí a stranami vystavenými vzduchu (nebo potaženými), nad povrchem izolační konstantní Er desky, vztaženo k napájecí nebo zemnicí ploše.

       Poznámka: Ve skutečnostiVýroba DPS, výrobce desky obvykle potahuje povrch DPS vrstvou zeleného oleje, takže při skutečných výpočtech impedance se pro povrchové mikropáskové vedení obvykle používá níže uvedený model:

       Stripline:

       Páskové vedení je pás drátu umístěný mezi dvěma referenčními rovinami, jak je znázorněno na obrázku níže, a dielektrické konstanty dielektrik reprezentovaných H1 a H2 mohou být různé.

       Dva výše uvedené příklady jsou pouze typickou demonstrací mikropáskových linek a páskových linek, existuje mnoho různých druhů specifických mikropáskových linek a páskových linek, jako jsou laminované mikropáskové linky atd., které všechny souvisejí se stohovací strukturou konkrétního PCB.

       Rovnice používané k výpočtu charakteristické impedance vyžadují složité matematické výpočty, často využívající metody řešení v terénu, včetně analýzy hraničních prvků, takže pomocí specializovaného softwaru pro výpočet impedance SI9000 stačí řídit parametry charakteristické impedance:

       Dielektrická konstanta izolační vrstvy Er, šířka vyrovnání W1, W2 (lichoběžník), tloušťka vyrovnání T a tloušťka izolační vrstvy H.