PCB Impedance Control

همانطور کهPCB سرعت سوئیچینگ سیگنال همچنان در حال افزایش است، طراحان PCB امروزی نیاز به درک و کنترل امپدانس آثار PCB دارند. با زمان سیگنال دهی کوتاهتر و نرخ ساعت بالاتر مدارهای دیجیتال مدرن، ردهای PCB دیگر اتصالات ساده نیستند، بلکه خطوط انتقال هستند.

در عمل، کنترل امپدانس ردیابی در سرعت های حاشیه دیجیتال بالاتر از 1ns یا فرکانس های آنالوگ بالای 300 مگاهرتز ضروری است. یکی از پارامترهای کلیدی ردهای PCB امپدانس مشخصه آنها است (یعنی نسبت ولتاژ به جریان یک موج در طول خط انتقال سیگنال). امپدانس مشخصه هادی برد مدار چاپی یک شاخص مهم برای طراحی برد مدار است، به ویژه درطراحی PCBدر مدارهای فرکانس بالا، باید در نظر گرفت که امپدانس مشخصه هادی و دستگاه یا سیگنال مورد نیاز امپدانس مشخصه همان هادی است، خواه مطابقت داشته باشد یا نباشد. این شامل دو مفهوم است: کنترل امپدانس و تطبیق امپدانس، این مقاله بر روی کنترل امپدانس و مسائل طراحی انباشته تمرکز دارد.

کنترل امپدانس، هادی در برد مدار دارای انواع مختلفی از انتقال سیگنال خواهد بود تا سرعت انتقال خود را بهبود بخشد و باید فرکانس خود را بهبود بخشد، خود خط، اگر به دلیل اچ، ضخامت لایه چند لایه، عرض هادی باشد. و سایر عوامل مختلف، باعث ایجاد امپدانس می شود که ارزش تغییر را داشته باشد، به طوری که سیگنال آن اعوجاج شود. بنابراین، هادی در برد مدار پرسرعت، مقدار امپدانس آن باید در محدوده خاصی کنترل شود که به آن "کنترل امپدانس" می گویند.

امپدانس یک رد PCB با اندوکتانس القایی و خازنی، مقاومت و رسانایی آن تعیین می شود. عوامل موثر بر امپدانس آثار PCB عبارتند از: عرض سیم مسی، ضخامت سیم مسی، ثابت دی الکتریک دی الکتریک، ضخامت دی الکتریک، ضخامت لنت ها، مسیر سیم زمین، آثار اطراف رد و غیره. امپدانس PCB بین 25 تا 120 اهم است.

در عمل، کنترل امپدانس ردیابی در سرعت های حاشیه دیجیتال بالاتر از 1ns یا فرکانس های آنالوگ بالای 300 مگاهرتز ضروری است. یکی از پارامترهای کلیدی ردهای PCB امپدانس مشخصه آنها است (یعنی نسبت ولتاژ به جریان یک موج در طول خط انتقال سیگنال). امپدانس مشخصه هادی برد مدار چاپی شاخص مهم طراحی برد مدار است، به ویژه در طراحی مدار چاپی مدارهای فرکانس بالا باید در نظر گرفت که امپدانس مشخصه هادی و دستگاه یا سیگنال مورد نیاز امپدانس مشخصه از همان، چه مطابقت داشته باشد یا نه. این شامل دو مفهوم است: کنترل امپدانس و تطبیق امپدانس، این مقاله بر روی کنترل امپدانس و مسائل طراحی انباشته تمرکز دارد.

کنترل امپدانس، هادی در برد مدار دارای انواع مختلفی از انتقال سیگنال خواهد بود تا سرعت انتقال خود را بهبود بخشد و باید فرکانس خود را بهبود بخشد، خود خط، اگر به دلیل اچ، ضخامت لایه چند لایه، عرض هادی باشد. و سایر عوامل مختلف، باعث ایجاد امپدانس می شود که ارزش تغییر را داشته باشد، به طوری که سیگنال آن اعوجاج شود. بنابراین، هادی در برد مدار پرسرعت، مقدار امپدانس آن باید در محدوده خاصی کنترل شود که به آن "کنترل امپدانس" می گویند.

امپدانس یک رد PCB با اندوکتانس القایی و خازنی، مقاومت و رسانایی آن تعیین می شود. عوامل موثر بر امپدانس آثار PCB عبارتند از: عرض سیم مسی، ضخامت سیم مسی، ثابت دی الکتریک دی الکتریک، ضخامت دی الکتریک، ضخامت لنت ها، مسیر سیم زمین، آثار اطراف رد و غیره. امپدانس PCB بین 25 تا 120 اهم است. در عمل، یک خط انتقال PCB معمولاً از یک رد سیم، یک یا چند لایه مرجع و مواد عایق تشکیل شده است. ردیابی و لایه ها امپدانس کنترل را تشکیل می دهند. PCB ها اغلب چند لایه هستند و امپدانس کنترل را می توان به روش های مختلفی ساخت. با این حال، هر روشی که استفاده شود، مقدار امپدانس با ساختار فیزیکی آن و خواص الکترونیکی ماده عایق تعیین می شود:

       عرض و ضخامت ردیابی سیگنال؛

       ارتفاع هسته یا مواد از پیش پر شده در دو طرف ردیابی.

       پیکربندی ردیابی ها و لایه های تخته.

       ثابت های عایق هسته و مواد از پیش پر شده.

       دو شکل اصلی خطوط انتقال PCB وجود دارد: Microstrip و Stripline.

       میکرواستریپ:

       Microstrip یک سیم نواری است، به معنی یک خط انتقال با صفحه مرجع فقط در یک طرف، با بالا و دو طرف در معرض هوا (یا پوشش داده شده)، بالای سطح تخته Er ثابت عایق، که به صفحه قدرت یا زمین اشاره دارد.

       توجه: در واقعساخت PCBتولید کننده برد معمولاً سطح PCB را با یک لایه روغن سبز رنگ می پوشاند، بنابراین در محاسبات امپدانس واقعی، مدل نشان داده شده در زیر معمولاً برای خطوط میکرواستریپ سطح استفاده می شود:

       خط خطی:

       خط نواری نواری از سیم است که بین دو صفحه مرجع قرار می گیرد، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، و ثابت دی الکتریک دی الکتریک های نشان داده شده توسط H1 و H2 می تواند متفاوت باشد.

       دو مثال بالا فقط یک نمایش معمولی از خطوط و خطوط نواری میکرواستریپ هستند، انواع مختلفی از خطوط و خطوط نواری خاص مانند خطوط میکرواستریپ چند لایه و غیره وجود دارد که همگی به ساختار انباشته شدن PCB خاص مربوط می شوند.

       معادلات مورد استفاده برای محاسبه امپدانس مشخصه نیاز به محاسبات پیچیده ریاضی دارند که اغلب از روش های حل میدانی از جمله تجزیه و تحلیل عناصر مرزی استفاده می کنند، بنابراین با استفاده از نرم افزار تخصصی محاسبه امپدانس SI9000، تنها کاری که باید انجام دهیم کنترل پارامترهای امپدانس مشخصه است:

       ثابت دی الکتریک لایه عایق Er، عرض تراز W1، W2 (ذوزنقه ای)، ضخامت تراز T و ضخامت لایه عایق H.