9 conseils pour le contrôle de l'impédance dans la conception de circuits imprimés numériques à grande vitesse

Comprendre les facteurs de base du contrôle d'impédance

Les fils de connexion dans les PCB remplissent plus d'une fonction. Outre le flux de courant, ils jouent également un rôle dans les lignes de transmission de signaux. La multifonctionnalité aide à maximiser la sortie des petites tailles et de la numérisation.

Il est crucial d'empêcher la réflexion de la transmission du signal dans les PCB. Le contrôle d'impédance, l'alignement et l'adaptation de l'impédance peuvent réduire la perte de transmission dans les circuits. L'impédance est un trait caractéristique des circuits AC. C'est la résistance que les boucles parallèles et les plans de puissance offrent au flux de courant alternatif.

Diverses raisons peuvent affecter l'impédance caractéristique de la conception de votre PCB. De nombreuses erreurs proviennent de lignes de transmission défectueuses.

L'impédance caractéristique peut également varier en raison d'autres causes. Les facteurs possibles incluent :

1. Épaisseur de la trace du circuit.

2. Préimprégné autour de la trace du circuit Valeurs diélectriques.

3. L'épaisseur de l'isolant joue également un rôle.

Choisir les bons diélectriques

Constante diélectrique peut affecter l'impédance caractéristique de manière importante. Il est nécessaire de calculer la quantité d'impédance contrôlée de votre PCB Design. L'impédance caractéristique est proportionnelle à la largeur du matériau diélectrique. Plus la largeur du diélectrique isolant est grande, plus la valeur de l'impédance est élevée.

Les fabricants utilisent des diélectriques dans les circuits PCB à des fins d'isolation. Un ingrédient dans les panneaux de substrat - choisissez parmi un grand nombre de matériaux composants. Les plus populaires incluent le FR-4, un stratifié fibre de verre-époxy. Il est également ignifuge, une propriété utile en cas de surchauffe des PCB. En fonction de votre conception, vous pouvez également choisir des matériaux FLEX flexibles.

La constante diélectrique est variable autour de la fréquence. Choisissez des matériaux ayant une valeur cohérente et constante sur une large gamme de fréquences. Ils conviennent aux applications haute fréquence de votre carte PCB.

Empêcher les traces de croisement sur les plans divisés

Les experts suggèrent d'acheminer les signaux haute vitesse/fréquence sur un plan de référence au sol. Veillez à éviter à tout moment d'acheminer le câblage de trace sur des plans divisés. Le seul cas d'exception est si vous souhaitez augmenter l'impédance contrôlée.

Il y a plusieurs aspects négatifs à traverser des traces à travers des plans divisés. Certains d'entre eux incluent :

1. Retard de transmission du signal dû à l'inductance série.

2. Perturbation du signal et interférences.

3. Une diminution de l'intégrité du signal.

Une alternative au traçage croisé est l'utilisation de condensateurs d'assemblage sur des plans divisés. Ils fournissent un chemin de retour approprié pour le courant. Elle conduit à une réduction de la surface de la boucle de courant. De cette façon, vous pouvez avoir le contrôle d'impédance souhaité.

Toujours conserver un plan de masse de référence

Nous devons nous référer au chemin de terre comme un chemin de retour pour le courant alternatif. La majeure partie de la zone non occupée par les traces de circuit constitue le plan de masse de référence. La grande surface permet le retour de courants importants sans chute de tension significative. Pour les PCB fonctionnant sur des niveaux de radiofréquence, le plan de masse réduit les perturbations du signal. Il diminue également les interférences via les boucles de masse.

Le plan de masse est également essentiel pour le contrôle de l'impédance. De plus, il empêche la diaphonie entre 2 pistes de circuit côte à côte. Il évite également les chutes de tension importantes lors du changement d'état du circuit. Les alimentations ou les pistes de masse à haute impédance peuvent provoquer un rebond de masse.

Il perturbe les fonctions des autres composants du circuit. La grande surface de la terre de référence a moins d'impédance. En conséquence, les impulsions de courant causent moins de dégâts.

Connaître les limitations de pré-imprégnation

Lepréimprégné (abréviation de pré-imprégné) trouve ses utilisations dans la fusion de noyaux gravés. Son autre application - attacher un fil de cuivre à la base. L'élément de renfort peut avoir plusieurs matériaux constitutifs. En général, il se compose généralement de fibre de verre et d'un matériau en résine à base d'époxy. Presser les deux couches à haute température crée l'épaisseur requise.

Les experts recommandent d'utiliser au plus trois types de préimprégnés différents lors d'un empilement de noyaux. Chaque couche doit être inférieure à 10 millimètres pour éviter les variations d'épaisseur.

Évitez les préimprégnés à faible teneur en résine. Ils peuvent conduire à un manque de résine pendant le temps de stratification. Les planches doivent être de conception symétrique. Pour un meilleur contrôle de l'impédance, l'uniformité de la constante diélectrique est nécessaire. Une plus grande cohérence est également souhaitable.

En outre, les constantes diélectriques des matériaux préimprégnés fondus varient. Ils diffèrent généralement par rapport aux matériaux de base d'origine. Optez pour des matériaux préimprégnés comparables au CTE (coefficient de dilatation thermique) du cuivre.

Taille des pistes de contrôle d'impédance

Les traces sont utiles pour déterminer l'impédance contrôlée de votre carte PCB à grande vitesse. Calculez le contrôle d'impédance à l'aide des dimensions de la trace. Les quatre mesures nécessaires à ce calcul sont :

● H :hauteur du tracé.

● Er :valeur diélectrique.

● T :Épaisseur de la preuve.

● W :largeur de la preuve.

L'impédance de trace varie avec un changement dans chacune des unités suivantes. Il est donc indispensable de déterminer ces dimensions au préalable. Une différence drastique de largeur de trace peut entraîner des connexions défectueuses. Dans les cas extrêmes, cela peut détruire le PCB. Mieux vaut éviter les dimensions de trace standardisées. Ils peuvent ou non fonctionner selon votre conception de PCB.

Utiliser un calculateur d'impédance sécurisé

Le calcul du niveau d'impédance est crucial en plusieurs étapes. Il est particulièrement nécessaire lors de la phase de conception du PCB. Trouvez la valeur de l'impédance contrôlée dans votre conception de PCB. Ensuite, vous pouvez décider des modifications ou du niveau de tolérance accepté.

Le principal problème est le calcul lui-même. L'équation de la valeur d'impédance implique une série d'équations complexes et fatigantes. Outre les dimensions, vous auriez également besoin des valeurs des constantes diélectriques. Vous auriez besoin de connaître des valeurs logarithmiques précises, des valeurs de fonctions et bien d'autres. Il n'est pas non plus possible d'avoir une calculatrice scientifique à proximité à tout moment.

Des options en ligne pour calculer l'impédance sont disponibles de nos jours. Plusieurs sites font la partie calcul pour vous. Présenter les dimensions de la trace et la valeur de la constante diélectrique. Vous aurez la valeur d'impédance en un rien de temps.

Un bon outil de conception de PCB est essentiel

Avec les progrès technologiques, de nombreuses options d'aide sont désormais disponibles. Les outils et logiciels de conception de circuits imprimés étaient inconnus il y a quelques décennies. Certains ont même des composants intégrés pour l'estimation des coûts des matériaux. Essayez parmi les nombreuses options disponibles et choisissez une préférée.

Les concepteurs de PCB essaient leur favori parmi Altium Designer, PowerPCB, ORCAD, Autodesk Eagle. Les autres options incluent KiCAD EDA, Solidworks PCB et bien d'autres. Chacun a quelques avantages et inconvénients. Tenez compte de la compatibilité avec votre système actuel avant d'acheter.

Effectuer une analyse de l'intégrité du signal

Il est logique d'effectuer un test d'analyse de l'intégrité du signal avant de passer votre commande. La procédure est également logique si vous fabriquez vous-même les PCB.

Découvrir les erreurs possibles dans la phase de test est le bon moyen de réduire les coûts. Il évite également la redondance, le gaspillage de composants, les essais et les pannes. Vous pouvez déterminer si les niveaux de contrôle d'impédance correspondent à la cible souhaitée. Suggérez au fabricant les niveaux de tolérance acceptables du bon de commande de PCB.

Résumé

Nous espérons que vous connaissez maintenant les méthodes permettant d'assurer le contrôle de l'impédance de vos conceptions de circuits imprimés. Tenez compte des matériaux diélectriques potentiels et des dimensions des pistes au stade de la conception du PCB.

La prévention du croisement de traces à travers les plans divisés est une excellente pratique de conception. Il en va de même pour conserver un plan de masse de référence. Ces pratiques sont bénéfiques à long terme.

1. Essayez d'éviter d'utiliser plus de trois préimprégnés différents en empilement.

2. Il existe un grand nombre d'outils et de logiciels disponibles.

3. Utilisez tout le nécessaire pour obtenir le meilleur résultat souhaité.

4. Vérifiez l'intégrité du signal avant de passer la commande finale.

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