Расчет импеданса и согласование импеданса

Согласование импеданса печатной платы обычно используется при проектировании многослойных печатных плат, где различные высокочастотные сигналы, такие как радиочастотный сигнал и антенна, используются для управления импедансом, чтобы обеспечить стабильность печатной платы и скорость прохождения различных индикаторных тестов.

согласование импеданса

Чтобы отличить сопротивление постоянного тока (DC), сопротивление, с которым сталкивается переменный ток, называется импедансом (Z0), который включает в себя сопротивление (R), индуктивность (XC) и емкость (XL).

Характеристический импеданс печатной платы также известен как "характеристический импеданс". Это относится к сопротивлению высокочастотных сигналов или электромагнитных волн в линии передачи сигнала (например, медного провода печатной платы, который мы производим) относительно определенного опорного слоя (например, экранирующего слоя, проекционного слоя или эталонного слоя) на определенной частоте, которое называется характеристическим сопротивлением при распространении. На самом деле это сумма таких векторов, как сопротивление, индуктивность, емкость и т.д.

По проводникам печатных плат передаются различные сигналы, и для повышения скорости их передачи необходимо увеличить их частоту. Если на саму схему влияют такие факторы, как травление, толщина слоя и ширина провода, это приведет к изменению значений полного сопротивления, что приведет к искажению сигнала. Следовательно, значение импеданса проводника на высокоскоростной печатной плате должно регулироваться в пределах определенного диапазона, который называется согласованием импеданса.

согласование полного сопротивления

Важность управления характеристическим сопротивлением печатной платы

Печатная плата играет важную роль не только в проведении тока в электронных изделиях, но и в передаче сигналов.

Использование высокочастотных и высокоскоростных печатных плат в электронных изделиях требует, чтобы характеристики схемы, обеспечиваемые печатной платой, гарантировали отсутствие отражения сигнала при передаче и сохранность сигнала без искажений.

Характеристический импеданс печатной платы является основой для решения проблем целостности сигнала

При работе с электронными устройствами (такими как компьютеры, коммутаторы связи и т.д.) сигнал, излучаемый драйвером, должен поступать на приемник по сигнальной линии печатной платы. Для обеспечения целостности сигнала характеристический импеданс (Z0) сигнальной линии печатной платы должен соответствовать электронному импедансу головного и хвостового компонентов.

Когда время нарастания напряжения в линии передачи превышает 1/3, сигнал отражается, поэтому необходимо учитывать характеристический импеданс печатной платы.

Факторы, влияющие на характеристический импеданс

Диэлектрическая проницаемость печатной платы обратно пропорциональна ее характеристическому сопротивлению (ER)

Толщина диэлектрика между слоем печатной платы и плоскостью заземления (или внешним слоем) прямо пропорциональна значению характеристического сопротивления (H)

Ширина нижней части линии сопротивления печатной платы (W1 ниже). Ширина линейной поверхности (верхняя часть W2) обратно пропорциональна характеристическому сопротивлению

Толщина меди печатной платы обратно пропорциональна характеристическому сопротивлению печатной платы (T)

Расстояние между соседними линиями печатной платы прямо пропорционально значению характеристического сопротивления (дифференциального сопротивления) (s)

Толщина слоя паяльной маски на подложке печатной платы обратно пропорциональна значению полного сопротивления (c)

Технологические факторы, влияющие на согласование полного сопротивления печатной платы

Из-за травления невозможно контролировать полное сопротивление печатной платы, если толщина меди превышает 2 унции.

В конструкции нет заготовки для слоя медной проволоки, и листы для отверждения необходимо заполнять в процессе производства. При расчете полного сопротивления невозможно напрямую заменить толщину диэлектрика, указанную поставщиком листа, а вместо этого необходимо вычесть толщину пустого участка, заполненного отверждаемым листом. Это одна из основных причин, по которой рассчитанный нами импеданс не соответствует результатам производителя.

Итак, как мы контролируем соответствие импеданса печатной платы в нашем проекте?

1. Запишите ранее построенные линии полного сопротивления, используя эмпирические значения, такие как ширина линии и толщина печатной платы, и примените их непосредственно при следующем использовании.

2. Сначала, в соответствии с обычным дизайном, выделите схему, для которой требуется полное сопротивление на печатной плате, а затем сделайте снимок экрана, чтобы предоставить его производителю печатной платы. Если производитель печатных плат захочет контролировать это, он изменит данные в соответствии с нужным нам импедансом печатной платы, например, отрегулирует ширину линии печатной платы и межстрочный интервал для достижения требуемого импеданса.

3. В начале проектирования, основываясь на параметрах ламинирования печатной платы и соответствующих данных, предоставленных производителем печатной платы (печатная плата, диэлектрическая проницаемость, консистентное масло, толщина полипропилена и т.д.), мы использовали программное обеспечение Si9000 для расчета импеданса, а затем использовали рассчитанные параметры для отслеживания импеданса линии, в конечном счете получая данные о печатной плате. В то же время производителю печатных плат необходимо контролировать полное сопротивление печатной платы. Преимущество этого заключается в том, что производители печатных плат, как правило, не манипулируют нашими данными, что также является небольшой корректировкой.

Расчет импеданса печатной платы

Расчет импеданса печатной платы

Расчет согласования импеданса довольно сложен, но мы можем обобщить некоторые эмпирические значения, которые помогут повысить эффективность вычислений. Для широко используемых микрополосковых линий FR4 и 50 Ом ширина линии обычно равна удвоенной толщине носителя. Для ленточной линии с сопротивлением 50 Ом ширина линии равна половине общей толщины материала между двумя плоскостями. Это поможет нам быстро определить диапазон ширины линии. Пожалуйста, обратите внимание, что рассчитанная ширина линии меньше этого значения.

Помимо повышения эффективности вычислений, нам также необходимо повысить точность вычислений. Часто ли вы сталкиваетесь с ситуациями, когда рассчитанный вами импеданс печатной платы не соответствует заводским требованиям к печатной плате? Некоторые люди могут сказать, что это не имеет к этому никакого отношения. Пусть завод-изготовитель печатной платы производит прямые настройки. Но найдется ли завод по производству печатных плат, который не сможет выполнить настройку, что позволит вам ослабить контроль импеданса печатных плат? Лучше сделать продукт качественно или держать все под своим контролем.

Когда напряжение и ток распространяются по линиям передачи, несогласованные характеристические сопротивления могут вызывать так называемые явления отражения сигнала. В области целостности сигнала такие проблемы, как отражение, перекрестные помехи и отключение питания, могут быть классифицированы как проблемы с неоднородностью импеданса, поэтому здесь демонстрируется важность согласования.

Ниже мы обобщаем информацию об импедансе печатных плат:

1. Функция импеданса заключается в обеспечении целостности передачи сигнала, гарантируя, что сигнал может быть полностью передан из точки A в точку B без деформации или искажений.

2. Согласование импеданса в основном требуется для высокоскоростных сигналов.

3. Значения согласования импедансов различных сигналов различны, и инженер-проектировщик печатной платы должен подтвердить их в соответствии с требованиями схемы.

4. На значение согласования импедансов влияют многие факторы, связанные с печатной платой.

5. Значение соответствия импеданса рассчитывается комплексно с помощью профессионального программного обеспечения для расчета соответствия импеданса с учетом таких факторов, как тип импеданса, ширина линии, межстрочный интервал, плата, стопка, толщина платы и среда.

6. Производители печатных плат используют такое оборудование, как тестеры импеданса, для проверки соответствия конечного значения импеданса расчетному теоретическому значению импеданса.

Мы предоставляем бесплатный расчет импеданса и рекомендации по суммированию импедансов. Если вам нужны вопросы, связанные с импедансом, пожалуйста, не стесняйтесь обращаться к нам.