9 dicas para controle de impedância no projeto de PCB digital de alta velocidade

Entenda os fatores básicos do controle de impedância

Os fios de conexão nos PCBs executam mais de uma função. Além do fluxo de corrente, eles também fazem parte das linhas de transmissão de sinal. A multifuncionalidade ajuda a maximizar a saída de tamanhos pequenos e digitalização.

É crucial evitar a reflexão da transmissão do sinal em PCBs. O controle de impedância, o alinhamento e a correspondência da impedância podem reduzir a perda de transmissão nos circuitos. A impedância é um traço característico entre os circuitos CA. É a resistência que os loops paralelos e os planos de potência oferecem ao fluxo de CA.

Uma variedade de razões pode afetar a impedância característica do seu projeto de PCB. Muitos erros surgem de linhas de transmissão defeituosas.

A impedância característica também pode variar devido a outras causas. Os possíveis fatores incluem:

1. Espessura do traço do circuito.

2. Pré-impregnação em torno dos valores dielétricos do traçado do circuito.

3. A espessura do isolador também desempenha um papel importante.

Escolha os dielétricos certos

Constante dielétrica pode afetar a impedância característica em grande forma. É necessário calcular a quantidade de impedância controlada do seu PCB Design. A impedância característica é proporcional à largura do material dielétrico. Quanto maior a largura do dielétrico isolante, maior o valor da impedância.

Os fabricantes usam dielétricos em circuitos PCB para fins de isolamento. Um ingrediente em placas de substrato - escolha entre um grande número de materiais componentes. Os mais populares incluem FR-4- um laminado de fibra de vidro epóxi. Também é resistente a chamas - uma propriedade útil no caso de os PCBs ficarem superaquecidos. Com base no seu design, você também pode escolher materiais FLEX flexíveis.

A constante dielétrica é variável em relação à frequência. Escolha materiais que tenham um valor consistente e constante em uma ampla faixa de frequências. Eles são adequados para aplicações de alta frequência da sua placa PCB.

Evitar Traços de Cruzamento em Planos Divididos

Os especialistas sugerem rotear os sinais de alta velocidade/frequência sobre um plano de referência terrestre. Procure evitar o roteamento de fiação de rastreamento em planos divididos em todos os momentos. O único momento de exceção é se você quiser aumentar a impedância controlada.

Existem vários aspectos negativos do cruzamento de traços em planos divididos. Alguns deles incluem:

1. Atraso na transmissão do sinal devido à indutância em série.

2. Interrupção e interferência do sinal.

3. Uma diminuição na integridade do sinal.

Uma alternativa ao rastreamento cruzado é o uso de capacitores de costura em planos divididos. Eles fornecem um caminho de retorno adequado para a corrente. Isso leva a uma redução na área do loop de corrente. Desta forma, você pode ter o controle de impedância desejado.

Sempre mantenha um plano terrestre de referência

Precisamos nos referir ao caminho de terra como um caminho de retorno para a corrente alternada. A maior parte da área não ocupada pelos traços do circuito compõe o plano de aterramento de referência. A grande área permite o retorno de grandes correntes sem uma queda de tensão significativa. Para PCBs operando em níveis de radiofrequência, o plano de aterramento reduz as perturbações do sinal. Também diminui a interferência através de loops de terra.

O plano de aterramento também é essencial para o controle de impedância. Além disso, evita a diafonia entre 2 traços de circuito lado a lado. Também evita quedas de tensão significativas durante a mudança de estado do circuito. Fontes de alimentação ou traços de aterramento com alta impedância podem causar um salto de aterramento.

Ele interrompe as funções de outros componentes do circuito. A grande área do terra de referência tem menos impedância. Como resultado, os pulsos de corrente causam menos danos.

Conheça as limitações de pré-impregnação

O pré-impregnado (abreviação de pré-impregnado) encontra seus usos na fusão de núcleos gravados. Sua outra aplicação é anexar um fio de cobre à base. O componente de reforço pode ter vários materiais constituintes. Em geral, geralmente consiste em fibra de vidro e um material de resina à base de epóxi. Pressionar as duas camadas em altas temperaturas cria a espessura necessária.

Os especialistas recomendam usar no máximo três tipos diferentes de pré-impregnação durante um empilhamento principal. Cada camada deve ter menos de 10 milímetros para evitar variação de espessura.

Evite pré-impregnados com baixo teor de resina. Eles podem levar à falta de resina durante o tempo de laminação. As placas devem ser simétricas em design. Para maior controle de impedância, é necessária a uniformidade da constante dielétrica. Maior consistência também é desejável.

Além disso, as constantes dielétricas em materiais fundidos pré-impregnados variam. Eles geralmente diferem em comparação com os materiais do núcleo original. Opte por materiais pré-impregnados comparáveis ​​ao CTE (Coeficiente de Expansão Térmica) do Cobre.

Tamanho dos traços de controle de impedância

Os traços são úteis para determinar a impedância controlada de sua placa PCB de alta velocidade. Calcule o controle de impedância usando as dimensões do traço. As quatro medidas necessárias para este cálculo são:

● H:Altura do traço.

● Er:Valor dielétrico.

● T:Espessura da evidência.

● W:Largura da evidência.

A impedância de rastreamento varia com uma mudança em cada uma das seguintes unidades. Assim, é essencial determinar essas dimensões de antemão. Uma diferença drástica na largura do traço pode levar a conexões defeituosas. Em casos extremos, pode destruir o PCB. Melhor evitar dimensões de rastreamento padronizadas. Eles podem ou não funcionar de acordo com o design do seu PCB.

Use uma calculadora de impedância segura

O cálculo do nível de impedância é crucial em várias etapas. É particularmente necessário durante o estágio de design do PCB. Encontre o valor da impedância controlada em seu projeto de PCB. Depois, você pode decidir sobre as alterações ou o nível de tolerância aceito.

O principal problema é o cálculo em si. A equação do valor da impedância envolve uma série de equações complexas e cansativas. Além das dimensões, você também precisaria dos valores das constantes dielétricas. Você precisaria saber valores logarítmicos precisos, valores de funções e muito mais. Também não é possível ter sempre uma calculadora científica por perto.

Opções online para calcular a impedância estão disponíveis hoje em dia. Vários sites fazem a parte do cálculo para você. Apresente as dimensões do traço e o valor da constante dielétrica. Você terá o valor da impedância em nenhum momento.

Uma boa ferramenta de design de PCB é essencial

Com o progresso tecnológico, muitas opções de ajuda estão agora disponíveis. Ferramentas e softwares para projeto de PCBs eram inéditos há algumas décadas. Alguns até têm componentes integrados para estimativas de custo de material. Experimente entre as várias opções disponíveis e escolha uma favorita.

Os projetistas de PCB experimentam seu favorito entre Altium Designer, PowerPCB, ORCAD, Autodesk Eagle. Outras opções incluem KiCAD EDA, Solidworks PCB e muito mais. Cada um tem alguns prós e contras. Considere a compatibilidade com o seu sistema atual antes de comprar.

Realize uma análise de integridade do sinal

Faz sentido executar um teste de análise de integridade do sinal antes de fazer seu pedido. O procedimento também é lógico se você estiver fabricando os PCBs.

Descobrir possíveis erros na fase de teste é a maneira certa de economizar. Também evita redundância, desperdício de materiais de componentes, testes e falhas. Você pode descobrir se os níveis de controle de impedância correspondem ao seu alvo desejado. Sugira ao fabricante sobre os níveis de tolerância aceitáveis ​​da ordem de serviço do PCB.

Resumo

Esperamos que agora você esteja ciente dos métodos para garantir o controle de impedância de seus projetos de placa PCB. Considere os materiais dielétricos potenciais e as dimensões de rastreamento na fase de projeto do PCB.

A prevenção do cruzamento de traços entre os planos divididos é uma excelente prática de projeto. O mesmo também é verdade para manter um plano de terra de referência. Essas práticas são benéficas a longo prazo.

1. Tente evitar o uso de mais de três pré-impregnados diferentes no empilhamento.

2. Há um grande número de ferramentas e softwares disponíveis.

3. Use tudo o que for necessário para obter o resultado desejado.

4. Verifique a integridade do sinal antes de fazer o pedido final.

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