Kontrolowana impedancja PCB Przewód miedziany-W miarę rozwoju urządzeń elektronicznych wykorzystują bardziej zaawansowane komponenty i napędy do komunikacji za pośrednictwem sygnałów o wysokiej mocy i wysokiej częstotliwości W związku z tym tradycyjna konstrukcja z miedzią nie może poradzić sobie z tą wydajnością Można jednak zaprojektować płytę drukowaną sterowaną impedancją i wprowadzić pewne ulepszenia, takie jak użycie grubszych i szerszych przewodów miedzianych do przesyłania szybkich sygnałów Zróbmy to Rozmawialiśmy już o tych szczegółach
Co to jest kontrolowany opór
Aby zdefiniować impedancję kontrolowaną, musimy najpierw zobaczyć opór Opór jest stopniem, w jakim przepływ energii sygnału jest utrudniony w obwodzie lub linii przesyłowej Innymi słowy, jest to jak rezystancja w obwodzie
Dlatego w przypadku PCB impedancja kontrolowana jest impedancją właściwą (rezystancją) linii przesyłowej PCB utworzonej przez linię trasowania sygnału i powiązaną warstwę odniesienia
Sygnał a PCB
Podczas transmisji sygnału o wysokiej częstotliwości na linii transmisji PCB niezbędny jest kontrolowany impedancja, ponieważ pomaga zachować integralność sygnału
Element wpływający na impedancję przejścia
Opór przejścia zwykle zmienia się między 25 a 125 ohm, w zależności od następujących czynników
Grubość miedzi
Szerokość podrysu
Kategoria: Prowadnice
Grubość wstępnie zanurzonego materiału
Grubość rdzenia
Odległość między warstwą sygnału a warstwą miedzi odniesienia
Wstępnie zanurzone i rdzeniowe materiały dielektryczne
Istnieje/ nie istnieje warstwa ochronna miedzi
Przejście przez przejście
Dlaczego kontrolować opór na płycie drukowanej
Dzięki wysokiej prędkości przełączania urządzenia elektroniczne stają się szybsze i bardziej złożone Podczas przetwarzania szybkich sygnałów powinny one zminimalizować problemy z integralnością sygnałów Ponieważ korzystają z płyt drukowanych, powinniście używać ich kabli miedzianych jako linii przesyłowych, a nie połączeń punkt-punkt Ponadto należy upewnić się, że rozumiesz znaczenie dopasowania impedancji, aby jeszcze bardziej ograniczyć problemy z integralnością sygnału
Innymi powodami, dla których należy kontrolować impedancję, są: klamry
Aby zoptymalizować funkcjonalność
Kontrolowana impedancja PCB zapewnia wysoką jakość urządzeń dzięki mniejszemu zużyciu energii, szybszej wydajności i dłuższej żywotności
Faza układu/ projektowania PCB jest kluczowa, aby zapewnić szybkie transmisje sygnałów o wysokiej częstotliwości w tablicy drukowanej i niewiele obniżyć wydajność
Wysokowydajna płyta PCB RF na wykresie Smith Circle do regulacji i impedancji każdego człowieka
Zarządzanie zakłóceniami elektromagnetycznymi
W przypadku właściwego wdrożenia, kontrola impedancji zapobiega przerwaniu obwodu przez zakłócenia elektromagnetyczne
Refleksyjne impulsy energetyczne niszczą obwód i sąsiednie komponenty, zakłócają przepływ energii i, w najgorszym przypadku, powodują awarię produktu
Kontrola przepływu energii
W przypadku przejścia z niższego środowiska OM do wyższego środowiska OM niezbędny jest impedancja kontrolowana Dlaczego, Pułkowniku Te zmiany powodują odbicia energii, które wyglądają jak potężne impulsy, które zakłócają przepływ energii
W związku z tym, jeśli aplikacja wymaga użycia modułów radiowych lub urządzeń cyfrowych o dużej mocy, należy użyć kontrolnego impedancji PCB
Zwiększenie mocy sygnału
Przewód PCB służy do przesyłania sygnału mocy z napędu do odbiornika Jednak maksymalną moc sygnału można osiągnąć tylko przy dopasowanych impedancjach.
Kontrola impedancji polega na dopasowaniu impedancji, która projektuje impedancję wejściową lub wyjściową w celu maksymalizacji transferu mocy.
Zaawansowana technologicznie płytka drukowana
Kontrolowana impedancja PCB Przewód miedziany-Jak kontrolować impedancję
Możliwe jest uniknięcie odbić energii pomiędzy źródłem/odbiornikiem a obciążeniem poprzez wdrożenie projektu dopasowania impedancji. Taka konstrukcja zapewnia, że cała energia sprzężona ze źródłem trafia do routera, następnie z routera i do płytki.
Płytka drukowana RF i mikrofalowa na wykresie Smitha dla dopasowania impedancji
Połączenie poniższych technik pomoże uzyskać projekt z kontrolowaną impedancją.
Kontrolowana impedancja PCB Przewód miedziany-Dopasowanie impedancji komponentów
Podczas dopasowywania komponentów, należy sprawdzić, czy podczas etapu przechwytywania projektu nie występują siatki sygnałowe, które mogłyby powodować problemy z integralnością sygnału. Proces ten pomoże Ci uwzględnić wszelkie dodatkowe elementy terminacji przed rozpoczęciem projektowania PCB.
Przy wysokiej impedancji na pinach wejściowych i niskiej impedancji na pinach wyjściowych, najprawdopodobniej będziesz potrzebował komponentów terminujących do projektu, aby osiągnąć prawidłową impedancję.
Trasowanie płyty w celu uzyskania wymaganej impedancji
Kontrolowane trasowanie impedancji polega na poprowadzeniu płytki tak, aby zawierała ścieżki o określonej impedancji. Należy pamiętać, że czynniki takie jak wymiary trasowania ścieżek i właściwości materiałów, z których wykonana jest płytka, mają wpływ na trasowanie impedancji sygnału.
Przebieg trasowania wielowarstwowej płytki PCB przy użyciu oprogramowania CAD
Obliczanie kontrolowanej impedancji w płytach PCB
Typy linii transmisyjnych, które wymagają kontrolowanej impedancji to m.in.
Mikropasek single-ended
Para różnicowa Stripline
Linia paskowa single-ended
Para różnicowa mikropasków
Coplanar (różnicowa i single-ended)
Mikropasek wbudowany
Obliczenia impedancji zależą od specyfikacji impedancji (docelowej impedancji), układu i budowy warstw tablicy.
Możesz użyć prostych równań do obliczenia przybliżonych wartości kontrolowanej impedancji. Pomagają one uzyskać nominalne wartości wymiarów śladu impedancji i są istotne dla szerokości i odstępów śladu przekraczających 15mil.
Jednak te równania są dość skomplikowane, więc łatwiej jest użyć kalkulatorów impedancji. Pamiętaj, że potrzebujesz zmiennych takich jak grubość śladu, wysokość ścieżki, wysokość izolacji i stała dielektryczna dla tych kalkulatorów online.
Jednak te kalkulatory impedancji dają przybliżone lub szacunkowe wyniki. Producent PCB powinien wykonać dokładne obliczenia impedancji przed skonstruowaniem warstwy przewodzącej.
Kontrolowana impedancja PCB Przewód miedziany-Specyfikacja impedancji PCB
Producenci obwodów drukowanych mogą dostarczyć informacje o układach warstw na płytce, które można wykorzystać do obliczenia wysokości i grubości śladu za pomocą oprogramowania lub ręcznie.
Pamiętaj, aby wskazać układ, który odpowiada Twoim potrzebom, zaczynając od rozsądnej i praktycznej grubości miedzi śladu dla tras, odstępów i możliwości produkcji.
Oblicz także grubość dielektryka, aby określić materiał dielektryczny o określonej stałej dielektrycznej rdzenia dla docelowej impedancji.
Na koniec wybierz najlepszą opcję arkusza prepregu i odpowiednią grubość rdzenia, a następnie przelicz wymiary śladu. Korzystając z oprogramowania projektowego, sprawdź, czy jakość (integralność) sygnału jest w porządku, a następnie stymuluj linie krytyczne.
Inżynier elektryk projektujący płytkę PCB przy użyciu oprogramowania CAD
Pamiętaj, że sprawdzenie integralności sygnału wymaga modelu sterownika, wymiarów śladów i przelotek, specyfikacji układania i przelotek. Popraw te parametry odpowiednio, a otrzymasz dokładne wymiary śladów i informacje o ułożeniu warstw płyty dla docelowej impedancji.
Wyślij te informacje do producenta, rysując projekty o podobnej grubości miedzi. Pamiętaj, aby dołączyć notatki określające właściwości dielektryczne (stała i materiał).
Projektowanie PCB o kontrolowanej impedancji
Pierwszym krokiem w procesie projektowania jest przechwycenie schematu, który przedstawia obwód koncepcyjny. Każdy symbol obwodu powinien mieć przypisany ślad (fizyczne opakowanie komponentu).
Po przypisaniu śladu, wygeneruj netlistę (płaską reprezentację schematu). Ta netlista jest czytelna dla maszyn i nadaje unikalny identyfikator każdemu pinowi w footprint.
Dzięki schematowi, program CAD stworzy zestawienie połączeń węzłów, umożliwiając zaprojektowanie układu.
Projektowanie płytki drukowanej za pomocą oprogramowania CAD
Chociaż płytka powinna być jak najmniejsza, powinna mieć szerokie ścieżki, aby obsłużyć obwód o dużej prędkości. Aby to osiągnąć, powinieneś zaprojektować ją z wieloma warstwami.
Po nałożeniu warstw należy umieścić komponenty, zaczynając od tych, które są fizycznie ograniczone. Na przykład, jeśli płytka ma przełączniki lub diody LED, umieść je tak, aby były zgodne z wyciętymi otworami.
Następnie umieść duże układy scalone i skomplikowane komponenty, a potem pozostałe części pomocnicze. Na koniec zaprojektuj warstwę miedzi, która połączy piny i pady.
Trasowanie układu PCB
5 zasad projektowania płytek PCB o kontrolowanej impedancji
Jako projektant PCB, powinieneś przestrzegać następujących zasad przed wysłaniem projektu płytki o kontrolowanej impedancji do producenta płytek.
Kontrolowana impedancja PCB Przewód miedziany-Rozróżnienie pomiędzy CI a innymi ścieżkami
Należy odróżnić ślady o kontrolowanej impedancji od pozostałych poprzez wyraźne oznaczenie tych, które wymagają CI. Takie rozróżnienie ułatwia producentowi wykonanie warstwy miedzi.
Na przykład, jeśli potrzebujesz kilku śladów o szerokości 4 mil, a jeden lub dwa powinny mieć impedancję 50 omów, zmień ich szerokość na 3,9 mil lub 4,1 mil.
Pamiętaj również o zaznaczeniu, czy sygnały należą do par różnicowych, czy są to sygnały single-ended (SE). Możesz podać tę informację w następujący sposób.
Ścieżki bez wymagań impedancyjnych nie powinny mieć żadnej z powyższych szerokości śladu.
Kontrolowana impedancja PCB Przewód miedziany-Zachowanie symetrii trasowania par różnicowych
Ścieżki szybkich par różnicowych powinny mieć równoległą trasę z zachowaniem stałego odstępu między nimi. Parametry szerokości śladu i odstępu pomogą obliczyć konkretną impedancję różnicową.
Proces trasowania układu PCB podczas procesu projektowania
Umieszczanie kondensatorów, przelotek i komponentów sprzęgających/obciążających
Nigdy nie umieszczaj przelotek lub elementów pomiędzy parami różnicowymi, nawet jeśli sygnały są poprowadzone wokół nich symetrycznie. Elementy te tworzą nieciągłości wartości impedancji, które mogą wpływać na integralność sygnału.
Przelotki na płytce drukowanej
W przypadku kondensatorów sprzęgających/bocznikujących, należy umieścić je symetrycznie, aby zminimalizować zakres nieciągłości sygnału.
Kontrolowana impedancja PCB Przewód miedziany-Dopasowanie długości ścieżek
Równoważenie długości ścieżek pozwala uniknąć opóźnień propagacyjnych pomiędzy kilkoma sygnałami, jeśli poruszają się one z tą samą prędkością i powinny dotrzeć do celu jednocześnie. Możesz użyć ścieżek serpentynowych, jeśli niektóre ścieżki są krótsze.
Ścieżki na PCB. Zwróć uwagę na kręte ścieżki.
Kontrolowana impedancja PCB Przewód miedziany-Zachowanie odpowiednich odstępów
Konieczne jest zachowanie odpowiednich odstępów pomiędzy ścieżkami o kontrolowanej impedancji. Ogólna zasada to wprowadzenie 3W (lub minimum 2W), gdzie W to szerokość ścieżki CI.
Jednakże, minimalny odstęp pomiędzy sygnałami wysokiej częstotliwości powinien wynosić 5W z 30-milowym minimalnym odstępem od innych typów sygnałów. Odstęp ten powinien wzrosnąć do 50 mil w przypadku sygnałów okresowych, takich jak zegary, aby uzyskać lepszą izolację.
Zastosowania PCB o kontrolowanej impedancji
Procesory sygnałów wideo
Telekomunikacja cyfrowa i analogowa
Telefony komórkowe, komputery i tablety
Moduły sterowania silnikami
Aparaty cyfrowe
Konsole do gier wideo
GPS
Telewizory i skrzynki internetowe
Zapakuj się
Podsumowując, kontrolna impedancja PCB jest kluczowa w nowoczesnych urządzeniach elektrycznych, ponieważ mogą obsługiwać sygnały o wysokiej mocy i wysokiej częstotliwości Mamy nadzieję, że ten artykuł będzie miał głęboki wgląd w tworzenie lepszego projektu PCB Jeśli masz pytania lub komentarze, skontaktuj się z nami, aby uzyskać więcej informacji