Мастерство контролируемого импеданса: Основные техники для надежного дизайна печатных плат

31 августа 2018 г.

Миниатюризация — горячий тренд в отрасли печатных плат. Огромный спрос на компактные и быстрые печатные платы. Хотя это преимущество во многих электронных устройствах, во многих компонентах этих быстрых печатных плат есть элементы, которые могут не работать как ожидается и приводить к отказам. Поэтому производители печатных плат знают важность замедления определенных цепей для обеспечения специфического функционирования компонентов. Вот где может помочь контролируемый импеданс. Что такое контролируемый импеданс? Каково его значение? Каковы определяющие факторы? Где он применяется? Если эти вопросы у вас в голове, эта статья поможет найти ответы на все.

Введение в контролируемый импеданс

Чтобы понять контролируемый импеданс, важно понять импеданс. Импеданс определяется только для высокочастотных цепей. Это комбинация индуктивности и емкости цепи. Значение импеданса всегда меняется между двумя точками, если не контролируется должным образом. На высоких частотах трассы печатной платы не ведут себя как ожидается, и качество сигналов может деградировать в разных точках. Контролируемый импеданс обеспечивает эффективное распространение сигналов без помех и искажений. Импеданс (Zo) цепи — переменнотоковая характеристика, измеряемая в Омах (Ω). Целевое значение импеданса — 25–125 Ω.

Факторы, определяющие контролируемый импеданс

Импеданс трассы печатной платы определяется факторами: сопротивление, емкостное сопротивление и проводимость. Что вносит вклад в эти факторы? Ответ: эти факторы определяются элементами, такими как физические размеры трассы, толщина диэлектрика и диэлектрическая постоянная подложки, используемой в печатной плате. Значение импеданса решается следующими факторами:

• Толщина и ширина медной сигнальной трассы на верху и дне
• Диэлектрическая постоянная материала препрега и ядра
• Толщина материала препрега и ядра с обеих сторон медной трассы
• Расстояние трассы от других медных элементов

Типы контролируемого импеданса

Характеристический импеданс — один из самых распространенных типов контролируемого импеданса. Еще несколько важных типов, упоминаемых на рынке:

• Входной импеданс (Input impedance)
• Образный импеданс (Image impedance)
• Волновой импеданс (Wave impedance)

Типичные применения контролируемого импеданса

Контролируемый импеданс считается идеальным для высокочастотных цифровых приложений:

• RF-связь
• Высококачественный аналоговый видео
• Вычисления выше 100 МГц
• Телекоммуникационное оборудование
• Низкошумиющие усилители

Распространенные производственные ошибки, которых стоит избегать при создании цепей с контролируемым импедансом

Следующие ошибки стоит избегать при производстве цепей с контролируемым импедансом:

• Несоответствие длин (Length Mismatches): Несоответствие длин между дифференциальными парами не только приведет к искажению сигнала, но и увеличит частоту ошибок. Длины должны совпадать в пределах ±5 мил. Несовпадающие концы можно закрыть змеевидной трассировкой (serpentine routing).
• Трассы без референтных земляных плоскостей: Высокоскоростные сигналы должны трассироваться на нижнем или верхнем слое, и полная референтная земляная плоскость должна быть на соседних слоях. Импеданс может возрасти, если нет соседних плоскостей.
• Множественные типы препрегов: Лучше избегать использования более трех типов препрегов в печатной плате. Также следите, чтобы толщина диэлектрика препрега была ниже 10 мил. Препреги с высоким содержанием стекла и низким содержанием смолы следует избегать.

Все это означает, что вы должны закупать эти печатные платы с контролируемым импедансом только у надежных и опытных производителей. Creative Hi-Tech — один из популярных производителей печатных плат с контролируемым импедансом в США.