Entendendo Impedância de Trilha: Por Que Importa no Projeto de PCI

Em placas de circuito impresso, fios e trilhas são tipicamente formados de cobre porque é o elemento menos resistente além da prata. Coloque um ohmímetro sobre uma trilha e a resistência DC é quase insignificante.

O mesmo não pode ser dito da impedância CA. Impedância, ao contrário de resistência, é baseada em frequência. Todos os fios e trilhas gerarão pelo menos alguma impedância à corrente fluindo de qualquer driver. Embora, geralmente, você deva ter um tempo de subida bastante rápido para seus sinais para que a impedância de trilha se torne um problema, é importante que você esteja ciente de que a impedância de trilha existe e pode se tornar uma questão.

Mas por que precisamos nos preocupar com impedância de trilha? Por que ela existe e é possível controlá-la? Se você ouviu o termo "impedância controlada", provavelmente já sabe que é possível controlar a impedância. Mas para entender como e por que, é importante entender um pouco sobre a natureza da impedância de trilha.

Como a Impedância de Trilha Funciona

Cada trilha tem uma indutância série pequena, quase indistinguível, distribuída ao longo da trilha com uma relação inversa à seção transversal da trilha. À medida que os tempos de subida aumentam, a impedância resultante se torna mais notável. Pelo mesmo token, cada trilha tem capacitância distribuída ao longo da trilha e do caminho de retorno do sinal, que é uma função da largura da trilha e do dielétrico do material entre o caminho de retorno do sinal e a trilha. Mais uma vez, se os tempos de subida aumentarem o suficiente, a impedância gerada enquanto a corrente tenta fluir através desta capacitância pode ser significativa.

Seus drivers leem todas as trilhas como circuitos LC distribuídos e sua impedância CA de trilha vem deste circuito LC distribuído. Isso é considerado impedância não controlada. Não fazemos esforço para projetar o ambiente da trilha para contabilizar esta impedância, permitindo que a indutância e capacitância variem como quiserem ao longo da trilha. Como a impedância resultante geralmente não tem efeito nas operações, não há necessidade de perder tempo ou dinheiro projetando maneiras de controlá-la.

Impedância Controlada

Mas e se estivermos preocupados com o efeito da impedância em nossas operações? Podemos projetar uma placa onde a trilha parece uma linha de transmissão, permitindo-nos evitar reflexões terminando-a em sua impedância característica. Como funciona o projeto de um circuito de impedância controlada?

Quando controlamos a impedância, garantimos que a impedância seja constante em cada ponto ao longo da trilha em vez de variar de ponto a ponto como em uma situação normal de impedância não controlada. Para controlar a impedância, precisamos controlar três características da geometria do circuito: a largura da trilha, o espaçamento entre o caminho de retorno do sinal e a trilha de sinal e o coeficiente dielétrico do material ao redor da trilha. Você também pode querer abordar a espessura da trilha. Por exemplo, um cabo coaxial é uma linha de transmissão de impedância controlada.

Você pode alterar estas características geométricas e ainda manter impedância controlada desde que altere outras características conforme necessário para que a relação entre estes aspectos não mude e a impedância permaneça constante.

Como Determinar a Impedância de Trilha de PCI

Para fabricar placas de circuito impresso de impedância controlada, deve-se ser capaz de medir a impedância. A melhor maneira de calcular a impedância de trilha é usando uma calculadora de impedância de trilha. Você pode encontrar calculadoras de impedância de trilha online ou no seu software CAD. Existem vários parâmetros a considerar ao determinar a impedância, incluindo:

• Largura da trilha
• Espessura da trilha
• Espessura do laminado
• Espessura do dielétrico
• Peso do cobre

Uma vez que você calculou todos os parâmetros relevantes, pode ajustar todos os acima (tipicamente a largura da trilha) para chegar à impedância que procura. Uma vez que você acha que está em uma impedância aceitável, pode testar a eficácia da placa usando cupons de teste fabricados no mesmo painel ao mesmo tempo, para que você possa obter uma boa classificação de impedância sem os desafios de acessar as trilhas na placa real. Os traços do cupom de teste devem ser idênticos aos traços da placa para obter um teste preciso.

Tipicamente, o fabricante construirá cupons de teste em ambas as extremidades do painel de produção para que, testando ambos os cupons, você obtenha uma leitura de impedância muito confiável sem danificar a placa. Testadores medem impedância com um Reflectômetro de Domínio Temporal (TDR) ou um analisador de rede.

A impedância pode ser medida usando um analisador de rede, um Reflectômetro de Domínio Temporal (TDR) de laboratório ou um sistema de teste de impedância controlada que emprega técnicas TDR. Um engenheiro com prática usando sistemas de teste de impedância controlada executará o teste de impedância para garantir resultados de alta qualidade.

Para mais informações sobre placas de circuito impresso de impedância controlada ou para pedir PCIs para sua indústria, entre em contato com a Millennium Circuits Limited hoje.