Понимание импеданса трасс: почему это важно в проектировании печатных плат

В печатных платах провода и трассы обычно формируются из меди, потому что это наименее резистивный элемент, кроме серебра. Положите омметр на трассу, и постоянное сопротивление почти незначительно.

То же нельзя сказать о переменном импедансе. Импеданс, в отличие от сопротивления, основан на частоте. Все провода и трассы будут генерировать по крайней мере некоторый импеданс току, текущему от любого драйвера. Хотя обычно вы должны иметь довольно быстрое время нарастания для ваших сигналов, чтобы импеданс трассы стал проблемой, важно, чтобы вы знали, что импеданс трассы существует и может стать проблемой.

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

Как работает импеданс трассы

Каждая трасса имеет небольшую, почти неразличимую последовательную индуктивность, распределенную вдоль трассы с обратной связью к поперечному сечению трассы. По мере увеличения времен нарастания, результирующий импеданс становится более заметным. Тот же токен, каждая трасса имеет емкость, распределенную вдоль трассы и обратного пути сигнала, которая является функцией ширины трассы и диэлектрика материала между обратным путем сигнала и трассой. Еще раз, если времена нарастания увеличиваются достаточно, импеданс, генерируемый при попытке тока течь через эту емкость, может быть значительным.

Ваши драйверы считывают все трассы как распределенные LC-цепи, и ваш переменный импеданс трассы исходит из этой распределенной LC-цепи. Это считается неконтролируемым импедансом. Мы не делаем усилий для проектирования среды трассы для учета этого импеданса, позволяя индуктивности и емкости варьироваться по мере воли вдоль трассы. Поскольку результирующий импеданс обычно не влияет на операции, нет необходимости тратить время или деньги на проектирование способов его контроля.

Контролируемый импеданс

Но что, если мы обеспокоены эффектом импеданса на наши операции? Мы можем спроектировать плату, где трасса выглядит как линия передачи, позволяя нам избежать отражений, завершая её в её характеристическом импедансе. Как работает проектирование цепи с контролируемым импедансом?

Когда мы контролируем импеданс, мы обеспечиваем постоянство импеданса в каждой точке вдоль трассы, а не вариацию от точки к точке, как в нормальной ситуации неконтролируемого импеданса. Для контроля импеданса нам нужно контролировать три особенности геометрии цепи: ширину трассы, расстояние между обратным путем сигнала и сигнальной трассой и диэлектрический коэффициент материала, окружающего трассу. Вы также можете захотеть обратиться к толщине трассы. Например, коаксиальный кабель — это линия передачи с контролируемым импедансом.

Вы можете изменить эти геометрические особенности и все еще сохранить контролируемый импеданс, пока вы меняете другие особенности по мере необходимости, так что соотношение между этими аспектами не меняется, и импеданс остается постоянным.

Как определить импеданс трассы печатной платы

Для производства печатных плат с контролируемым импедансом, нужно уметь измерять импеданс. Лучший способ рассчитать импеданс трассы — использовать калькулятор импеданса трассы. Вы можете найти калькуляторы импеданса трасс онлайн или в вашем CAD-софте. Существует несколько параметров для рассмотрения при определении импеданса, включая:

• Ширину трассы
• Толщину трассы
• Толщину ламината
• Толщину диэлектрика
• Вес меди

После того как вы рассчитали все соответствующие параметры, вы можете настроить все вышеперечисленные (обычно ширину трассы), чтобы достичь импеданса, который вы ищете. Как только вы думаете, что достигли приемлемого импеданса, вы можете протестировать эффективность платы, используя тестовые купоны, изготовленные на той же панели в то же время, так что вы можете получить хороший рейтинг импеданса без сложностей доступа к трассам на реальной плате. Трассы тестовых купонов должны быть идентичны трассам платы, чтобы получить точный тест.

Обычно производитель строит тестовые купоны на обоих концах производственной панели, так что тестируя оба купона, вы получаете очень надежное чтение импеданса без повреждения платы. Тестеры измеряют импеданс с помощью рефлектометра временной области (TDR) или сетевого анализатора.

Импеданс может быть измерен с помощью сетевого анализатора, лабораторного рефлектометра временной области (TDR) или системы тестирования контролируемого импеданса, использующей методы TDR. Инженер с практикой использования систем тестирования контролируемого импеданса запустит тест импеданса для обеспечения высококачественных результатов.

Для получения дополнительной информации о печатных платах с контролируемым импедансом или для заказа печатных плат для вашей отрасли, свяжитесь с Millennium Circuits Limited сегодня.