Meester hoge-snelheid digitale PCB-ontwerp: 9 essentiële impedantiecontroletips

Begrijp de basisfactoren van impedantiecontrole

Verbinder draden in PCB's vervullen meer dan één functie. Naast stroomgeleiding hebben ze ook een rol in signaaltransmissielijnen. De multifunctionaliteit helpt bij het maximaliseren van de uitvoer van kleine afmetingen en digitalisering.

Het is cruciaal om reflectie van signaaltransmissie in PCB's te voorkomen. Impedantiecontrole, het uitlijnen en matchen van de impedantie, kan transmissieverlies in schakelingen verminderen. Impedantie is een kenmerkende eigenschap van wisselstroomschakelingen. Het is de weerstand die parallelle lussen en power planes bieden aan de stroom van wisselstroom.

Verschillende redenen kunnen de karakteristieke impedantie van uw PCB-ontwerp beïnvloeden. Veel fouten ontstaan door foutieve transmissielijnen.

De karakteristieke impedantie kan ook variëren door andere oorzaken. Mogelijke factoren zijn:

1. Dikte van de baanspoor.

2. Prepreg rond het baanspoor – Dielectrische waarden.

3. Isolatordikte speelt ook een rol.

Kies de juiste dielectricum

De dielektrische constante kan de karakteristieke impedantie op grote schaal beïnvloeden. Het is noodzakelijk om de hoeveelheid gecontroleerde impedantie van uw PCB-ontwerp te berekenen. De karakteristieke impedantie is evenredig met de breedte van het dielectrische materiaal. Hoe groter de breedte van het isolerende dielectricum, hoe hogere de impedantiewaarde.

Fabrikanten gebruiken dielectricum in PCB-schakelingen voor isolatiedoeleinden. Een ingrediënt in substraatborden – kies uit een groot aantal materialen. De populaire zijn FR-4 – een glasvezel-epoxylaminaat. Het is ook vlamvaste – een nuttige eigenschap voor het geval PCB's oververhit raken. Op basis van uw ontwerp kunt u ook flexibele FLEX-materialen kiezen.

De dielektrische constante is variabel ten opzichte van frequentie. Kies materialen met een consistente, constante waarde over een brede frequentiebereik. Ze zijn geschikt voor hoge-frequentietoepassingen van uw printplaat.

Voorkom kruissporen over gesplitste planes

Experts adviseren om hoogfrequente signalen over een grondreferentieplane te routeren. Vermijd te allen tijde het routeren van sporen over gesplitste planes. De enige uitzondering is als u de gecontroleerde impedantie wilt verhogen.

Er zijn verschillende negatieve aspecten van het kruisen van sporen over gesplitste planes. Enkele hiervan zijn:

1. Signaaltransmissievertraging door serie-inductie.

2. Signaalverstoring en interferentie.

3. Een afname van signaalintegriteit.

Een alternatief voor kruissporen is het gebruik van stitching-condensatoren over gesplitste planes. Ze bieden een goed retourpad voor de stroom. Dit leidt tot een vermindering van de stroomlusoppervlakte. Op deze manier kunt u de gewenste impedantiecontrole bereiken.

Houd altijd een referentiegrondvlak

We moeten het grondpad zien als een retourpad voor wisselstroom. Het grootste deel van het oppervlak dat niet door baansporen wordt ingenomen, vormt het referentiegrondvlak. Het grote oppervlak stelt grote stromen toe terug te keren zonder significante spanningsval. Voor PCB's die op radiofrequentieniveau werken, vermindert het grondvlak signaalverstoringen. Het vermindert ook interferentie door grondlussen.

Het grondvlak is ook essentieel voor impedantiecontrole. Verder voorkomt het crosstalk tussen twee naast elkaar liggende baansporen. Het voorkomt ook significante spanningsval tijdens de toestandsverandering van de schakeling. Voedingsspanningen of grondsporen met hoge impedantie kunnen een gronddemping veroorzaken.

Dit verstoort de functies van andere schakelcomponenten. Het grote oppervlak van de referentiegrond heeft minder impedantie. Als gevolg veroorzaken stroompulsen minder schade.

Weet over de prepreg-beperkingen

De prepreg (kort voor pre-impregneerd) vindt zijn toepassing in het smelten van geëtste kernen. Een andere toepassing – het bevestigen van een koperen draad aan de basis. Het versterkende component kan verschillende bestanddelen hebben. In het algemeen bestaat het meestal uit glasvezel en een op epoxy gebaseerd harsmateriaal. Het persen van de twee lagen bij hoge temperaturen creëert de vereiste dikte.

Experts adviseren om maximaal drie verschillende typen prepreg te gebruiken tijdens een kernstack-up. Elke laag moet minder dan 10 millimeter zijn om diktevariatie te vermijden.

Vermijd prepregs met lage harsinhoud. Ze kunnen leiden tot harssterving tijdens de lamineringsfase. De printplaten moeten symmetrisch in ontwerp zijn. Voor betere impedantiecontrole is uniformiteit van de dielektrische constante noodzakelijk. Grotere consistentie is ook wenselijk.

Daarnaast variëren dielektrische constanten in prepreg-gefuseerde materialen. Ze verschillen meestal ten opzichte van de oorspronkelijke kernmaterialen. Kies prepreg-materialen vergelijkbaar met koper's CTE (coëfficiënt van thermische uitdijting).

Impedantiecontrole sporen afmetingen

Sporen zijn nuttig bij het bepalen van de gecontroleerde impedantie van uw hoge-snelheid PCB-printplaat. Bereken de impedantiecontrole met behulp van de sporafmetingen. De vier metingen die nodig zijn voor deze berekening zijn:

● H: Hoogte van het spoor.

● Er: Dielectrische waarde.

● T: Dikte van het bewijs.

● W: Breedte van het bewijs.

Spoorimpedantie varieert met een verandering in elk van de volgende eenheden. Het is dus essentieel om deze afmetingen van tevoren te bepalen. Een drastisch verschil in spoorbreedte kan leiden tot foutieve verbindingen. In extreme gevallen kan het de PCB vernielen. Vermijd gestandaardiseerde sporafmetingen. Ze kunnen wel of niet werken volgens uw PCB-ontwerp.

Gebruik een veilige impedantiecalculator

Het berekenen van het impedantieniveau is cruciaal in verschillende fasen. Het is bijzonder noodzakelijk tijdens de PCB-ontwervingsfase. Bepaal de waarde van de gecontroleerde impedantie in uw PCB-ontwerp. Daarna kunt u beslissen over wijzigingen of het geaccepteerde tolerantieniveau.

Het grootste probleem is de berekening zelf. De impedantiewaardevergelijking omvat een reeks complexe vergelijkingen. Naast afmetingen hebt u ook de waarden van dielektrische constanten nodig. U zou accurate logaritmische waarden, functiewaarden en nog veel meer nodig hebben. Het is ook niet mogelijk om altijd een wetenschappelijke calculator bij de hand te hebben.

Online opties voor het berekenen van impedantie zijn tegenwoordig beschikbaar. Verschillende sites doen het berekeningsgedeelte voor u. Geef de sporafmetingen en de waarde van de dielektrische constante op. U heeft de impedantiewaarde in geen tijd.

Een goed PCB-ontwerphulpmiddel is essentieel

Met technologische vooruitgang zijn veel hulpmiddelen nu beschikbaar. Tools en software voor PCB-ontwerp waren een paar decennia geleden onhoorbaar. Sommige hebben zelfs geïntegreerde componenten voor materiaalkostenschattingen. Probeer uit de verschillende beschikbare opties en kies een favoriet.

PCB-ontwerpers proberen hun favoriet onder Altium Designer, PowerPCB, ORCAD, Autodesk Eagle. Andere opties zijn KiCAD EDA, Solidworks PCB, en nog veel meer. Elk heeft een paar voor- en nadelen. Overweeg de compatibiliteit met uw huidige systeem voordat u aanschaft.

Voer een signaleringsintegriteitsanalyse uit

Het is zinvol om een signaleringsintegriteitsanalysetest uit te voeren voordat u uw bestelling plaatst. De procedure is ook logisch als u de PCB's zelf produceert.

Het ontdekken van mogelijke fouten in de testfase is de juiste manier om kosten te besparen. Het voorkomt ook redundantie, verspilling van componentmaterialen, proberen en falen. U kunt vaststellen of de impedantiecontrolleniveaus uw gewenste doel bereiken. Geef de fabrikant aan wat de acceptabele tolerantieniveaus van de PCB-werkorder zijn.

Samenvatting

We hopen dat u nu op de hoogte bent van de methoden om de impedantiecontrole van uw PCB-printplaatontwerpen te garanderen. Overweeg de potentiële dielectrische materialen en sporafmetingen in de PCB-ontwervingsfase.

Voorkomen van sporenkruising over gesplitste planes is een uitstekende ontwerppraktijk. Hetzelfde geldt voor het behouden van een referentiegrondvlak. Deze praktijken zijn op de lange termijn nuttig.

1. Probeer te vermijden meer dan drie verschillende prepregs in stack-up te gebruiken.

2. Er zijn veel tools en software beschikbaar.

3. Gebruik alles wat nodig is om het beste gewenste resultaat te bereiken.

4. Controleer de integriteit van het signaal voordat u de definitieve bestelling plaatst.

Bij Wiring hebben we de technische expertise en ervaring. U zult onze state-of-the-art opstelling voor PCB-fabricage waarderen. En onze mogelijkheid om aangepaste PCB-oplossingen te leveren zoals u nodig hebt. Neem contact met ons op over uw aanpassingsbehoeften en PCB vandaag nog!