9 советов по управлению импедансом при проектировании высокоскоростных цифровых печатных плат

Основные факторы контроля импеданса

Соединительные провода на печатных платах выполняют более одной функции. Кроме тока, они также участвуют в линиях передачи сигналов. Многофункциональность помогает максимизировать производительность при небольших размерах и оцифровке.

Крайне важно предотвратить отражение передачи сигнала в печатных платах. Управление импедансом, выравнивание и согласование импеданса могут снизить потери при передаче в цепях. Импеданс является характерной чертой цепей переменного тока. Это сопротивление, которое параллельные контуры и силовые плоскости оказывают потоку переменного тока.

Различные причины могут повлиять на волновое сопротивление вашей печатной платы. Многие ошибки возникают из-за неисправных линий передачи.

Волновое сопротивление также может изменяться по другим причинам. Возможные факторы включают:

1. Толщина дорожки контура.

2. Препрег вокруг контура Значения диэлектрической проницаемости.

3. Толщина изолятора также играет роль.

Выберите правильные диэлектрики

Диэлектрическая постоянная может существенно повлиять на волновое сопротивление. Необходимо рассчитать величину контролируемого импеданса вашей печатной платы. Волновое сопротивление пропорционально ширине диэлектрического материала. Чем больше ширина изолирующего диэлектрика, тем выше значение импеданса.

Производители используют диэлектрики в печатных платах для изоляции. Ингредиент подложки – выбор из большого количества материалов. К популярным относится ФР-4 – стеклопластик-эпоксидный ламинат. Он также огнестойкий - полезное свойство в случае перегрева печатных плат. В зависимости от вашего дизайна вы также можете выбрать гибкие материалы FLEX.

Диэлектрическая проницаемость зависит от частоты. Выбирайте материалы, имеющие постоянное значение в широком диапазоне частот. Они подходят для высокочастотных применений вашей печатной платы.

Предотвратить пересечение трасс между разделенными плоскостями

Эксперты предлагают направлять высокоскоростные/частотные сигналы по опорной плоскости земли. Следите за тем, чтобы всегда избегать прокладки проводки трассировки через разделенные плоскости. Единственное исключение — если вы хотите увеличить контролируемый импеданс.

Есть несколько негативных аспектов пересечения трасс через разделенные плоскости. Некоторые из них включают:

1. Задержка передачи сигнала из-за последовательной индуктивности.

2. Нарушение сигнала и помехи.

3. Снижение целостности сигнала.

Альтернативой перекрестной трассировке является использование сшивающих конденсаторов через разделенные плоскости. Они обеспечивают правильный обратный путь для тока. Это приводит к уменьшению площади токовой петли. Таким образом, вы можете получить желаемый контроль импеданса.

Всегда сохранять опорную плоскость земли

Нам нужно ссылаться на путь заземления как на обратный путь для переменного тока. Большая часть площади, не занятой дорожками цепи, составляет эталонную заземляющую пластину. Большая площадь позволяет возвращать большие токи без значительного падения напряжения. Для печатных плат, работающих на радиочастотных уровнях, плоскость заземления уменьшает помехи сигнала. Это также уменьшает помехи из-за контуров заземления.

Заземляющий слой также необходим для контроля импеданса. Кроме того, он предотвращает перекрестные помехи между двумя параллельными дорожками цепи. Это также предотвращает значительное падение напряжения при изменении состояния цепи. Источники питания или дорожки заземления с высоким импедансом могут вызвать дребезг заземления.

Это нарушает функции других компонентов схемы. Большая площадь опорной земли имеет меньшее полное сопротивление. В результате импульсы тока причиняют меньше вреда.

Знайте об ограничениях Pre-preg

препрег (сокращение от «предварительно пропитанный») находит применение при сплавлении протравленных сердечников. Другое его применение – прикрепление медного провода к основанию. Армирующий компонент может иметь несколько составляющих материалов. Как правило, он состоит из стекловолокна и материала на основе эпоксидной смолы. Прессование двух слоев при высоких температурах создает необходимую толщину.

Эксперты рекомендуют использовать не более трех различных типов препрегов во время сборки сердечника. Каждый слой должен быть менее 10 миллиметров, чтобы избежать изменения толщины.

Избегайте препрегов с низким содержанием смолы. Они могут привести к нехватке смолы во время ламинирования. Доски должны быть симметричными по рисунку. Для лучшего контроля импеданса необходима однородность диэлектрической проницаемости. Желательна также большая консистенция.

Кроме того, диэлектрические проницаемости в препрегах плавленых материалов различаются. Обычно они отличаются от исходных материалов сердечника. Выбирайте материалы препрега, сравнимые с КТР меди (коэффициент теплового расширения).

Размер трасс контроля импеданса

Трассировки полезны для определения контролируемого импеданса вашей высокоскоростной печатной платы. Рассчитайте управление импедансом, используя размеры трассы. Четыре измерения, необходимые для этого расчета:

● H:высота кривой.

● Er:показатель диэлектрической проницаемости.

● T:толщина доказательства.

● W:ширина доказательства.

Импеданс трассы зависит от изменения каждой из следующих единиц измерения. Поэтому очень важно заранее определить эти размеры. Резкая разница в ширине трассы может привести к ошибочным соединениям. В крайних случаях это может разрушить печатную плату. Лучше избегать стандартных размеров трасс. Они могут работать или не работать в соответствии с вашим дизайном печатной платы.

Используйте безопасный калькулятор импеданса

Расчет уровня импеданса имеет решающее значение в несколько этапов. Это особенно необходимо на этапе проектирования печатной платы. Найдите значение контролируемого импеданса в проекте вашей печатной платы. После этого вы можете принять решение об изменениях или приемлемом уровне терпимости.

Основная проблема заключается в самом расчете. Уравнение значения импеданса включает ряд утомительных сложных уравнений. Помимо размеров, вам также понадобятся значения диэлектрической проницаемости. Вам нужно будет знать точные логарифмические значения, значения функций и многое другое. Также невозможно постоянно иметь рядом научный калькулятор.

В настоящее время доступны онлайн-возможности для расчета импеданса. Некоторые сайты делают расчетную часть за вас. Приведите размеры трассы и значение диэлектрической проницаемости. Вы получите значение импеданса в кратчайшие сроки.

Необходим хороший инструмент для проектирования печатных плат

Благодаря техническому прогрессу теперь доступно множество вариантов помощи. Инструменты и программное обеспечение для проектирования печатных плат были неслыханными несколько десятилетий назад. Некоторые даже имеют встроенные компоненты для оценки стоимости материалов. Попробуйте один из нескольких доступных вариантов и выберите любимый.

Разработчики печатных плат пробуют свои фавориты среди Altium Designer, PowerPCB, ORCAD, Autodesk Eagle. Другие варианты включают KiCAD EDA, Solidworks PCB и многие другие. У каждого есть несколько плюсов и минусов. Перед покупкой проверьте совместимость с вашей текущей системой.

Выполнить анализ целостности сигнала

Перед размещением заказа имеет смысл провести тест анализа целостности сигнала. Эта процедура также логична, если вы сами производите печатные платы.

Выявление возможных ошибок на этапе тестирования — верный способ сэкономить. Это также предотвращает избыточность, потери материалов компонентов, пробы и отказы. Вы можете определить, соответствуют ли уровни управления импедансом желаемой цели. Сообщите производителю о допустимых уровнях допусков рабочего задания печатной платы.

Сводка

Мы надеемся, что теперь вы знакомы с методами контроля импеданса вашей печатной платы. Учитывайте потенциальные диэлектрические материалы и размеры дорожек на этапе проектирования печатной платы.

Предотвращение пересечения трасс между разделяемыми плоскостями — отличная практика проектирования. То же самое верно и для сохранения эталонной заземляющей плоскости. Эти практики полезны в долгосрочной перспективе.

1. Старайтесь не использовать более трех разных препрегов в стеке.

2. Доступно большое количество инструментов и программного обеспечения.

3. Используйте все необходимое для достижения желаемого результата.

4. Перед размещением окончательного заказа проверьте целостность сигнала.

В Wiring у нас есть технические знания и опыт. Вам понравится наша современная установка для производства печатных плат. И наша способность предоставлять настраиваемые решения для печатных плат в соответствии с вашими потребностями. Поговорите с нами о ваших потребностях в настройке и печатной плате сегодня!