Что такое импеданс трассы?

В печатных платах провода и дорожки обычно изготавливаются из меди, поскольку это элемент с наименьшим сопротивлением, кроме серебра. Поместите омметр на дорожку, и сопротивление постоянному току станет практически незначительным.

Этого нельзя сказать об импедансе переменного тока. Импеданс, в отличие от сопротивления, зависит от частоты. Все провода и дорожки будут генерировать, по крайней мере, некоторое сопротивление току, протекающему от любого драйвера. Хотя, как правило, у вас должно быть довольно быстрое время нарастания сигналов, чтобы импеданс трассы стал проблемой, важно знать, что импеданс трассы существует и может стать проблемой.

Но почему нам нужно беспокоиться об импедансе трассы? Почему он существует и можно ли его контролировать? Если вы слышали термин «управляемый импеданс», вы, вероятно, уже знаете, что импедансом можно управлять. Но чтобы понять, как и почему, важно немного разобраться в природе импеданса трассы.

Как работает импеданс трассировки

Каждая дорожка имеет небольшую, почти неразличимую последовательную индуктивность, распределенную вдоль дорожки с обратной зависимостью от поперечного сечения дорожки. По мере увеличения времени нарастания результирующий импеданс становится более заметным. Точно так же каждая дорожка имеет емкость, распределенную вдоль дорожки и сигнала обратного пути, которая является функцией ширины дорожки и диэлектрической проницаемости материала между дорожкой обратного сигнала и дорожкой. Опять же, если время нарастания увеличивается достаточно, импеданс, возникающий при протекании тока через эту емкость, может быть значительным.

Ваши драйверы считывают все трассы как распределенные LC-цепи, а полное сопротивление переменного тока вашей трассы исходит из этой распределенной LC-цепи. Это считается неконтролируемым импедансом. Мы не пытаемся спроектировать среду трассировки с учетом этого импеданса, позволяя индуктивности и емкости изменяться вдоль трассы. Поскольку результирующий импеданс обычно не влияет на работу, нет необходимости тратить время или деньги на разработку способов его контроля.

Контролируемый импеданс

Но что, если нас беспокоит влияние импеданса на наши операции? Мы можем спроектировать плату, в которой дорожка выглядит как линия передачи, что позволяет избежать отражений, нагрузив ее характеристическим импедансом. Как работает проектирование схемы с регулируемым импедансом?

Когда мы контролируем импеданс, мы следим за тем, чтобы импеданс был постоянным в каждой точке трассы, а не менялся от точки к точке, как в обычной ситуации с неконтролируемым импедансом. Для управления импедансом нам необходимо контролировать три характеристики геометрии цепи:ширину дорожки, расстояние между обратным путем сигнала и дорожкой сигнала и коэффициент диэлектрической проницаемости материала, окружающего дорожку. Вы также можете указать толщину дорожки. Например, коаксиальный кабель — это линия передачи с регулируемым импедансом.

Вы можете изменить эти геометрические элементы и по-прежнему сохранять управляемый импеданс, пока вы изменяете другие элементы по мере необходимости, чтобы взаимосвязь между этими аспектами не менялась, а импеданс оставался постоянным.

Как определить импеданс печатной платы

Для изготовления печатных плат с регулируемым импедансом необходимо уметь измерять импеданс. Лучший способ рассчитать импеданс трассы — использовать калькулятор импеданса трассы. Калькуляторы импеданса трасс можно найти в Интернете или в программном обеспечении САПР. При определении импеданса необходимо учитывать несколько параметров, в том числе:

• Ширина трассировки
• Толщина трассировки
• Толщина ламината
• Толщина диэлектрика
• Вес меди

После того, как вы рассчитали все соответствующие параметры, вы можете настроить все вышеперечисленное (обычно ширину трассы), чтобы получить искомый импеданс. Как только вы решите, что достигли приемлемого импеданса, вы можете проверить эффективность платы, используя тестовые образцы, изготовленные на той же панели в одно и то же время, чтобы вы могли получить хороший рейтинг импеданса без проблем с доступом к дорожкам на фактической плате. Следы тестового купона должны быть идентичны следам платы, чтобы получить точный тест.

Как правило, производитель устанавливает тестовые образцы на обоих концах производственной панели, так что, тестируя оба образца, вы получаете очень надежные показания импеданса, не повреждая плату. Тестеры измеряют импеданс с помощью временного рефлектометра (TDR) или анализатора цепей.

Импеданс можно измерить с помощью анализатора цепей, лабораторного рефлектометра (TDR) или системы измерения контролируемого импеданса, в которой используются методы TDR. Инженер, имеющий опыт использования систем проверки импеданса, проведет тест импеданса, чтобы обеспечить высокое качество результатов.

Чтобы получить дополнительную информацию о печатных платах с регулируемым импедансом или заказать печатные платы для вашей отрасли, свяжитесь с Millennium Circuits Limited сегодня.