Control de impedancia PCB
Qué es el control de la impedancia PCB
La placa de circuito impreso de control de impedancia es un tipo de placa de circuito impreso diseñada para mantener una impedancia constante en toda la placa. La impedancia de una placa de circuito impreso se refiere a la medida de la resistencia al flujo de una señal de corriente alterna (CA). Es un parámetro importante que afecta al rendimiento de los circuitos digitales de alta velocidad y de los circuitos analógicos.
A medida que ha aumentado la velocidad de funcionamiento de los circuitos electrónicos, también lo ha hecho la necesidad de que las placas de circuito impreso tengan impedancias características controladas, y la mayoría de las Fabricantes de PCB fabrican placas de circuito impreso de control de impedancia para numerosas aplicaciones.
Capacidad de fabricación de placas de circuito impreso de control de impedancia
PCBcontact es un fabricante profesional de PCB que puede producir productos de PCB HDI de alta calidad. Compruebe nuestra Capacidad de fabricación de placas de circuito impreso en la tabla siguiente:
| Capacidad mensual | 3650 m²/mes |
| Capa | 4 capas |
| Material | FR4, TG180 |
| Espesor del tablero acabado | 1.6m |
| Anchura/espacio mínimo de trazado | 8/8mil |
| Tamaño mínimo del orificio | 0,25 mm |
| Espesor mínimo del cobre en el orificio | 1 onza |
| Capa exterior Espesor del cobre acabado | 3oz |
| Espesor del cobre base de la capa interior | 3oz |
| Tolerancia de control de impedancia | ±10% |
¿Por qué es necesaria una placa de circuito impreso para el control de la impedancia?
Cuando una señal necesita una impedancia específica para funcionar correctamente, debe preferirse la impedancia controlada. En aplicaciones de alta frecuencia, mantener constante la impedancia en toda la placa electrónica es esencial para proteger de daños los datos transferidos y mantener la claridad de la señal. Cuanto más larga sea la traza o más alta la frecuencia, más adaptación será necesaria. Cualquier falta de rigor en esta etapa puede aumentar el tiempo de conmutación de un dispositivo o circuito electrónico y provocar errores inesperados.
La impedancia no controlada es difícil de analizar una vez que los componentes están montados en el circuito. Los componentes tienen diferentes capacidades de tolerancia en función de su lote. Además, sus especificaciones se ven afectadas por variaciones de temperatura que pueden provocar fallos de funcionamiento. En estos casos, sustituir el componente puede parecer la solución en un primer momento cuando, en realidad, la causa del problema es la impedancia de traza inadecuada.
Por este motivo, las impedancias de las trazas y sus tolerancias deben comprobarse en una fase temprana del diseño de la placa de circuito impreso. Los diseñadores deben trabajar codo con codo con el fabricante para garantizar el cumplimiento de los valores de los componentes.
Factores que afectan al control de la impedancia
Hay algunos factores que afectan a la impedancia controlada de la placa de circuito impreso: el grosor dieléctrico, la anchura de la traza, el grosor del cobre, la constante dieléctrica Er del material seleccionado para la pila y el grosor de la máscara de soldadura.
Ancho de traza: Cuanto mayor sea la anchura de la traza, menor será la impedancia. Cuanto menor sea la anchura de la traza, mayor será la impedancia. Aumentar el grosor de la placa aumenta la impedancia, mientras que reducirlo la disminuirá.
Espesor dieléctrico: El espesor dieléctrico también afecta a la impedancia. La rigidez dieléctrica de un material es una medida de la resistencia eléctrica de un aislante. Se define como la tensión máxima necesaria para producir una ruptura dieléctrica a través del material y se expresa en términos de voltios por unidad de espesor.
Espesor del cobre: El grosor del cobre también se tiene en cuenta al calcular la impedancia de la traza en circuitos digitales de alta velocidad y RF.
Constante dieléctrica: La constante dieléctrica es la relación entre la permitividad eléctrica de un material y la permitividad eléctrica que se encuentra en el vacío. En un circuito impreso, la constante dieléctrica tiende a variar inversamente con la frecuencia. Un PCB con una constante dieléctrica baja y estable es adecuado para frecuencias altas e impedancia controlada. Una constante dieléctrica más difícil puede afectar a la impedancia de forma impredecible.
Otras consideraciones de diseño
Las líneas de trazado deben mantenerse lo más cortas posible y reducir su longitud siempre que sea posible. Si las longitudes de traza son bastante largas, deben utilizarse terminaciones para evitar reflexiones.
Deben evitarse los empalmes y las discontinuidades, que aumentan las reflexiones y la degradación de la calidad de la señal.
Para el encaminamiento de pares diferenciales, procure que los pares de señales tengan la misma longitud.
Utilización del taladrado posterior: en una placa base gruesa en la que la señal va de la capa superior a una de las capas interiores, el resto del tubo de cobre de la vía o de la patilla del conector a presión será un trozo, lo que provocará reflexiones. El taladrado posterior elimina el cobre no deseado. Se trata de una técnica utilizada para eliminar la parte no utilizada, o talón, del tubo de cobre de un orificio pasante de una placa de circuito impreso.
Considere la posibilidad de utilizar plata de inmersión como acabado superficial en lugar de ENIG. La plata de inmersión produce menos pérdidas de inserción (con pérdidas) que la ENIG, simplemente porque el contenido de níquel de la ENIG tiene muchas pérdidas y, debido al efecto piel, no es muy buena para diseños de alta velocidad. La planitud de la pastilla es igual de buena que la ENIG y es más manejable que ésta.
Reducir el tamaño de los antipads en las capas planas. Los antipads son donde se eliminan los pads, o se elimina el cobre en capas de plano donde el pad no debería o no conecta con ese plano. A veces el tamaño del anti-pad es demasiado grande, creando huecos innecesarios en el plano. Haciendo el anti-pad un poco más pequeño permite una mayor continuidad del plano resultando en una señal más limpia y una ruta de retorno.
Cómo calcular la impedancia diferencial
Para garantizar la integridad de la señal en los diseños de PCB con alta velocidad, es necesario que las conexiones de la traza conductora tengan unas características de impedancia excelentes.
Sólo se pueden determinar después de calcular la impedancia controlada de la placa de circuito impreso basándose en las especificaciones de impedancia, el diseño y la acumulación de capas.
Puedes utilizar la calculadora de impedancias online. Te ayudará a calcular la anchura de las trazas, las impedancias unipolares o diferenciales -tanto para modelos microstrip como stripline- y otros parámetros como la altura dieléctrica, la constante dieléctrica y el grosor de las trazas. La herramienta también proporciona una guía de valores de constante dieléctrica para distintos materiales de PCB.
También puede ponerse en contacto con nosotros para obtener el cálculo de la impedancia.
Control de la impedancia PCB Preguntas frecuentes
La impedancia, medida en Ohmios (símbolo Ω), es algo diferente de la resistencia. La impedancia es una característica de CA, mientras que la resistencia es una característica de CC. La impedancia se vuelve esencial a medida que aumenta la frecuencia de la señal, y normalmente se vuelve crítica para las trazas de PCB en componentes de señal de doscientos o trescientos MHz y superiores.
El control de la impedancia consiste en especificar la impedancia necesaria para los trazos y las líneas de transmisión de la placa de circuito impreso. Esto es especialmente importante para las señales de alta velocidad y puede verse afectado por el material del sustrato, la anchura del cobre y el trazado.
La impedancia funciona con la ayuda de tres elementos principales: inductor, condensador y resistencia. También da una idea de los dos tipos de impedancia, es decir, la impedancia de entrada y la impedancia de salida, y los tipos de resistencia que proporcionan.
La impedancia, si no se trata correctamente, tiene un impacto muy negativo en el rendimiento del circuito. Sin la adaptación de impedancia adecuada, pueden producirse reflexiones a lo largo del trayecto entre la fuente y la carga.
La impedancia más alta tiene más bobinado en una bobina que puede resultar en un mejor sistema de motor con menos compromisos que resultan en el mejor sonido en general y la reproducción de graves mejorada.
50 Ohmios es el compromiso menos malo entre la impedancia correspondiente a la pérdida mínima, la potencia máxima y la tensión máxima.
La más importante es la impedancia característica, que no es más que la impedancia de una línea de transmisión en una placa de circuito impreso totalmente aislada de cualquier otra línea de transmisión. Este valor suele ser de 50 Ohmios, aunque puede tomar un valor diferente en función del estándar de señalización utilizado en tu dispositivo.
Algunos factores que afectan al control de la impedancia durante el diseño de las placas de circuito impreso son la anchura de las trazas, el grosor del cobre, el grosor del dieléctrico y la constante dieléctrica.
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