Qu'est-ce que l'impédance de trace ?

Dans les cartes de circuits imprimés, les fils et les traces sont généralement formés de cuivre car c'est l'élément le moins résistant à part l'argent. Mettez un ohmmètre sur une trace et la résistance CC est presque négligeable.

On ne peut pas en dire autant de l'impédance AC. L'impédance, contrairement à la résistance, est basée sur la fréquence. Tous les fils et traces généreront au moins une certaine impédance au courant provenant de n'importe quel pilote. Alors que, généralement, vous devez avoir un temps de montée assez rapide pour que vos signaux deviennent un problème d'impédance de trace, il est important que vous sachiez que l'impédance de trace existe et peut devenir un problème.

Mais pourquoi devons-nous nous soucier de l'impédance de la trace ? Pourquoi existe-t-il et est-il possible de le contrôler ? Si vous avez entendu le terme "impédance contrôlée", vous savez probablement déjà qu'il est possible de contrôler l'impédance. Mais pour comprendre comment et pourquoi, il est important de comprendre un peu la nature de l'impédance de trace.

Comment fonctionne l'impédance de trace

Chaque trace a une petite inductance série presque indiscernable distribuée le long de la trace avec une relation inverse à la section transversale de la trace. À mesure que les temps de montée augmentent, l'impédance résultante devient plus perceptible. De même, chaque trace a une capacité distribuée le long de la trace et du signal de voie de retour, qui est fonction de la largeur de la trace et du diélectrique du matériau entre la voie de retour du signal et la trace. Encore une fois, si les temps de montée augmentent suffisamment, l'impédance générée lorsque le courant essaie de traverser cette capacité peut être importante.

Vos pilotes lisent toutes les traces en tant que circuits LC distribués et votre impédance AC de trace provient de ce circuit LC distribué. Ceci est considéré comme une impédance incontrôlée. Nous ne faisons aucun effort pour concevoir l'environnement de trace pour tenir compte de cette impédance, permettant à l'inductance et à la capacité de varier comme elles le feront le long de la trace. Étant donné que l'impédance résultante n'a généralement aucun effet sur les opérations, il n'est pas nécessaire de perdre du temps ou de l'argent à concevoir des moyens de la contrôler.

Impédance contrôlée

Mais que se passe-t-il si nous sommes préoccupés par l'effet de l'impédance sur nos opérations ? Nous pouvons concevoir une carte où la trace ressemble à une ligne de transmission, ce qui nous permet d'éviter les réflexions en la terminant dans son impédance caractéristique. Comment fonctionne la conception d'un circuit à impédance contrôlée ?

Lorsque nous contrôlons l'impédance, nous nous assurons que l'impédance est constante à chaque point le long de la trace plutôt que de varier d'un point à l'autre comme dans une situation d'impédance non contrôlée normale. Pour contrôler l'impédance, nous devons contrôler trois caractéristiques de la géométrie du circuit :la largeur de la trace, l'espacement entre le chemin de retour du signal et la trace du signal et le coefficient diélectrique du matériau entourant la trace. Vous voudrez peut-être également régler l'épaisseur de la trace. Par exemple, un câble coaxial est une ligne de transmission à impédance contrôlée.

Vous pouvez modifier ces caractéristiques géométriques tout en conservant une impédance contrôlée tant que vous modifiez d'autres caractéristiques si nécessaire afin que la relation entre ces aspects ne change pas et que l'impédance reste constante.

Comment déterminer l'impédance de trace de circuit imprimé

Pour fabriquer des cartes de circuits imprimés à impédance contrôlée, il faut pouvoir mesurer l'impédance. La meilleure façon de calculer l'impédance de trace consiste à utiliser un calculateur d'impédance de trace. Vous pouvez trouver des calculateurs d'impédance de trace en ligne ou dans votre logiciel de CAO. Plusieurs paramètres doivent être pris en compte lors de la détermination de l'impédance, notamment :

• Largeur de la trace
• Épaisseur de la trace
• Épaisseur du stratifié
• Épaisseur diélectrique
• Poids en cuivre

Une fois que vous avez calculé tous les paramètres pertinents, vous pouvez ajuster tout ce qui précède (généralement la largeur de la trace) pour arriver à l'impédance que vous recherchez. Une fois que vous pensez que vous êtes à une impédance acceptable, vous pouvez tester l'efficacité de la carte en utilisant des coupons de test fabriqués sur le même panneau en même temps, de sorte que vous pouvez obtenir une bonne note d'impédance sans avoir à accéder aux traces sur la carte réelle. Les traces du coupon de test doivent être identiques aux traces de la carte afin d'obtenir un test précis.

En règle générale, le fabricant construira des coupons de test à chaque extrémité du panneau de production afin qu'en testant les deux coupons, vous obteniez une lecture d'impédance très fiable sans endommager la carte. Les testeurs mesurent l'impédance avec un réflectomètre dans le domaine temporel (TDR) ou un analyseur de réseau.

L'impédance peut être mesurée à l'aide d'un analyseur de réseau, d'un réflectomètre dans le domaine temporel (TDR) de laboratoire ou d'un système de test d'impédance contrôlée qui utilise des techniques TDR. Un ingénieur expérimenté dans l'utilisation de systèmes de test d'impédance contrôlée exécutera le test d'impédance pour garantir des résultats de haute qualité.

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