Control de impedancia de PCB

Comotarjeta de circuito impreso Como las velocidades de conmutación de la señal continúan aumentando, los diseñadores de PCB de hoy necesitan comprender y controlar la impedancia de las trazas de PCB. Con tiempos de señalización más cortos y velocidades de reloj más altas de los circuitos digitales modernos, las trazas de PCB ya no son simples conexiones, sino líneas de transmisión.

En la práctica, es necesario controlar la impedancia de traza a velocidades marginales digitales superiores a 1 ns o frecuencias analógicas superiores a 300 Mhz. Uno de los parámetros clave de las trazas de PCB es su impedancia característica (es decir, la relación entre el voltaje y la corriente de una onda a medida que viaja a lo largo de la línea de transmisión de señal). La impedancia característica del conductor de la placa de circuito impreso es un indicador importante del diseño de la placa de circuito, especialmente en eldiseño de tarjeta de circuito impresoEn el caso de circuitos de alta frecuencia, se debe considerar que la impedancia característica del conductor y la del dispositivo o señal requerida por la impedancia característica del mismo, coincidan o no. Esto implica dos conceptos: control de impedancia y adaptación de impedancia. Este artículo se centra en el control de impedancia y cuestiones de diseño de apilamiento.

Control de impedancia, el conductor en la placa de circuito tendrá una variedad de transmisión de señal, para mejorar su velocidad de transmisión y debe mejorar su frecuencia, la línea en sí, si se debe al grabado, el espesor de la capa laminada, el ancho del conductor. y otros factores diferentes, darán como resultado una impedancia digna de cambio, de modo que su señal se distorsione. Por lo tanto, el valor de impedancia del conductor en la placa de circuito de alta velocidad debe controlarse dentro de un cierto rango, llamado "control de impedancia".

La impedancia de una traza de PCB estará determinada por su inductancia, resistencia y conductividad inductiva y capacitiva. Los factores que afectan la impedancia de las pistas de PCB son: ancho del cable de cobre, espesor del cable de cobre, constante dieléctrica del dieléctrico, espesor del dieléctrico, espesor de las almohadillas, recorrido del cable de tierra, pistas alrededor de la pista, etc. Impedancia de PCB oscila entre 25 y 120 ohmios.

En la práctica, es necesario controlar la impedancia de traza a velocidades marginales digitales superiores a 1 ns o frecuencias analógicas superiores a 300 Mhz. Uno de los parámetros clave de las trazas de PCB es su impedancia característica (es decir, la relación entre el voltaje y la corriente de una onda a medida que viaja a lo largo de la línea de transmisión de señal). La impedancia característica del conductor de la placa de circuito impreso es un indicador importante del diseño de la placa de circuito, especialmente en el diseño de PCB de circuitos de alta frecuencia, se debe considerar que la impedancia característica del conductor y el dispositivo o señal requerida por la impedancia característica del mismo, coincidiendo o no. Esto implica dos conceptos: control de impedancia y adaptación de impedancia. Este artículo se centra en el control de impedancia y cuestiones de diseño de apilamiento.

Control de impedancia, el conductor en la placa de circuito tendrá una variedad de transmisión de señal, para mejorar su velocidad de transmisión y debe mejorar su frecuencia, la línea en sí, si se debe al grabado, el espesor de la capa laminada, el ancho del conductor. y otros factores diferentes, darán como resultado una impedancia digna de cambio, de modo que su señal se distorsione. Por lo tanto, el valor de impedancia del conductor en la placa de circuito de alta velocidad debe controlarse dentro de un cierto rango, llamado "control de impedancia".

La impedancia de una traza de PCB estará determinada por su inductancia, resistencia y conductividad inductiva y capacitiva. Los factores que afectan la impedancia de las pistas de PCB son: ancho del cable de cobre, espesor del cable de cobre, constante dieléctrica del dieléctrico, espesor del dieléctrico, espesor de las almohadillas, recorrido del cable de tierra, pistas alrededor de la pista, etc. Impedancia de PCB oscila entre 25 y 120 ohmios. En la práctica, una línea de transmisión de PCB normalmente consta de una traza de cable, una o más capas de referencia y material aislante. La traza y las capas forman la impedancia de control. Los PCB suelen tener varias capas y la impedancia de control se puede construir de diversas formas. Sin embargo, sea cual sea el método utilizado, el valor de la impedancia vendrá determinado por su estructura física y las propiedades electrónicas del material aislante:

       El ancho y espesor de la traza de la señal;

       La altura del núcleo o material precargado a cada lado de la traza;

       La configuración de las pistas y de las capas del tablero;

       Las constantes aislantes del núcleo y del material precargado.

       Hay dos formas principales de líneas de transmisión de PCB: Microstrip y Stripline.

       Microtira:

       Microstrip es un cable plano, es decir, una línea de transmisión con un plano de referencia en un solo lado, con la parte superior y los lados expuestos al aire (o recubiertos), sobre la superficie de la placa aislante Er constante, con referencia al plano de alimentación o de tierra.

       Nota: En realidadfabricación de tarjeta de circuito impreso, el fabricante de la placa generalmente cubre la superficie de la PCB con una capa de aceite verde, por lo que en los cálculos de impedancia reales, el modelo que se muestra a continuación generalmente se usa para líneas de microcinta de superficie:

       Línea de franja:

       Una línea de corte es una tira de cable colocada entre dos planos de referencia, como se muestra en la figura siguiente, y las constantes dieléctricas de los dieléctricos representados por H1 y H2 pueden ser diferentes.

       Los dos ejemplos anteriores son solo una demostración típica de líneas microstrip y striplines; existen muchos tipos diferentes de líneas microstrip y striplines específicas, como líneas microstrip laminadas, etc., todas las cuales están relacionadas con la estructura de apilamiento de la PCB específica.

       Las ecuaciones utilizadas para calcular la impedancia característica requieren cálculos matemáticos complejos, a menudo utilizando métodos de resolución de campo, incluido el análisis de elementos límite, por lo que utilizando el software de cálculo de impedancia especializado SI9000, todo lo que necesitamos hacer es controlar los parámetros de la impedancia característica:

       Constante dieléctrica de la capa aislante Er, ancho de la alineación W1, W2 (trapezoidal), espesor de la alineación T y espesor de la capa aislante H.