Cartes de contrôle d'impédance
Qu'est-ce que la carte de contrôle d'impédance ?
Le circuit imprimé à contrôle d'impédance est un type de circuit imprimé conçu pour maintenir une impédance constante sur l'ensemble de la carte. L'impédance d'un circuit imprimé correspond à la mesure de la résistance au flux d'un signal de courant alternatif (CA). Il s'agit d'un paramètre important qui affecte les performances des circuits numériques et analogiques à grande vitesse.
L'augmentation de la vitesse de fonctionnement des circuits électroniques a entraîné la nécessité de contrôler les impédances caractéristiques des circuits imprimés, et la majorité des circuits imprimés de l'Union européenne ont été conçus pour répondre aux besoins des consommateurs en matière d'impédance. Fabricants de circuits imprimés produisent des circuits imprimés de contrôle d'impédance pour de nombreuses applications.
Capacités de fabrication de circuits imprimés de contrôle d'impédance
PCBcontact est un fabricant professionnel de circuits imprimés qui peut produire des circuits imprimés HDI de haute qualité. Consultez notre Capacités de fabrication de circuits imprimés dans le tableau suivant :
| Capacité mensuelle | 3650 m²/mois |
| Couche | 4 couches |
| Matériau | FR4, TG180 |
| Épaisseur du panneau fini | 1.6m |
| Largeur/espace min. de la trace | 8/8mil |
| Taille minimale du trou | 0,25 mm |
| Épaisseur minimale du cuivre dans le trou | 1oz |
| Couche extérieure Épaisseur du cuivre fini | 3oz |
| Épaisseur du cuivre de base de la couche intérieure | 3oz |
| Tolérance du contrôle de l'impédance | ±10% |
Pourquoi la carte de contrôle d'impédance est-elle nécessaire ?
Lorsqu'un signal a besoin d'une impédance spécifique pour fonctionner correctement, l'impédance contrôlée doit être privilégiée. Dans les applications à haute fréquence, il est essentiel de maintenir une impédance constante sur l'ensemble de la carte électronique afin de protéger les données transférées contre les dommages et de préserver la clarté du signal. Plus la trace est longue ou plus la fréquence est élevée, plus l'adaptation est nécessaire. Tout manque de rigueur à ce stade peut augmenter le temps de commutation d'un dispositif électronique ou d'un circuit et provoquer des erreurs inattendues.
L'impédance non contrôlée est difficile à analyser une fois que les composants sont montés sur le circuit. Les composants ont des capacités de tolérance différentes en fonction de leur lot. De plus, leurs spécifications sont affectées par des variations de température qui peuvent conduire à des dysfonctionnements. Dans ce cas, le remplacement du composant peut sembler être la solution dans un premier temps alors qu'en réalité, c'est l'impédance de trace inadaptée qui est à l'origine du problème.
C'est pourquoi les impédances de traçage et leurs tolérances doivent être vérifiées dès le début de la conception du circuit imprimé. Les concepteurs doivent travailler main dans la main avec le fabricant pour garantir la conformité des valeurs des composants.
Facteurs affectant le contrôle de l'impédance
Quelques facteurs affectent l'impédance contrôlée de la carte de circuit imprimé : l'épaisseur du diélectrique, la largeur de la trace, l'épaisseur du cuivre, la constante diélectrique Er du matériau choisi pour l'empilement et l'épaisseur du masque de soudure.
Largeur de la trace : Plus la largeur de la trace est importante, plus l'impédance est faible. Plus la largeur de la trace est fine, plus l'impédance est élevée. L'augmentation de l'épaisseur de la carte augmente l'impédance, tandis que sa réduction la diminue.
Épaisseur diélectrique : L'épaisseur du diélectrique affecte également l'impédance. La rigidité diélectrique d'un matériau est une mesure de la résistance électrique d'un isolant. Elle est définie comme la tension maximale nécessaire pour produire une rupture diélectrique à travers le matériau et est exprimée en termes de volts par unité d'épaisseur.
Épaisseur du cuivre : L'épaisseur du cuivre est également prise en compte lors du calcul de l'impédance de la trace dans les circuits numériques à haute vitesse et RF.
Constante diélectrique : La constante diélectrique est le rapport entre la permittivité électrique d'un matériau et la permittivité électrique trouvée dans le vide. Dans un circuit imprimé, la constante diélectrique tend à varier inversement à la fréquence. Une carte de circuit imprimé à constante diélectrique faible et stable convient aux hautes fréquences et à l'impédance contrôlée. Une constante diélectrique plus difficile peut souvent affecter l'impédance de manière imprévisible.
Autres considérations relatives à la conception
Les lignes de traçage doivent être aussi courtes que possible et leur longueur doit être réduite autant que possible. Si les lignes de traçage sont relativement longues, il convient d'utiliser des terminaisons pour éviter les réflexions.
Les stubs et les discontinuités de routage, qui ajoutent aux réflexions et à la dégradation de la qualité du signal, doivent être évités.
Pour le routage des paires différentielles, essayez de faire en sorte que les paires de signaux aient la même longueur.
Utilisation du perçage arrière - pour un fond de panier épais où le signal va de la couche supérieure à l'une des couches internes, le reste du tube de cuivre du via ou de la broche du connecteur à sertir sera un stub, ce qui entraînera une réflexion. Le rétro-perçage permet d'éliminer le cuivre indésirable. Il s'agit d'une technique utilisée pour retirer la partie inutilisée, ou stub, de la barre de cuivre d'un trou de passage dans une carte de circuit imprimé.
Envisagez d'utiliser l'argent chimique comme finition de surface plutôt que l'ENIG. L'argent chimique produit moins de perte d'insertion (perte) que l'ENIG, simplement parce que la teneur en nickel de l'ENIG produit beaucoup de perte et qu'en raison de l'effet de peau, il n'est pas très bon pour les conceptions à grande vitesse. La planéité du tampon est tout aussi bonne que celle de l'ENIG et il est plus facile à travailler que l'ENIG.
Réduire la taille des antipads sur les couches planes. Les anti-tampons sont les endroits où les tampons sont enlevés, ou le cuivre est enlevé sur les couches planes où le tampon ne devrait pas ou n'est pas connecté à ce plan. Parfois, la taille de l'anti-tampon est trop importante, ce qui crée des vides inutiles dans le plan. En réduisant légèrement la taille de l'anti-pad, on obtient une meilleure continuité du plan, ce qui permet d'obtenir un signal et un chemin de retour plus propres.
Comment calculer l'impédance différentielle
Pour garantir l'intégrité des signaux dans les conceptions de circuits imprimés à grande vitesse, il est nécessaire de disposer de caractéristiques d'impédance élevées dans les connexions des pistes conductrices.
Celles-ci ne peuvent être déterminées qu'après le calcul de l'impédance contrôlée du circuit imprimé sur la base des spécifications d'impédance, de la disposition et de l'assemblage des couches.
Vous pouvez utiliser un calculateur d'impédance en ligne. Il vous aidera à calculer la largeur de vos pistes, les impédances mono ou différentielles - pour les modèles microruban et stripline - et d'autres paramètres tels que la hauteur diélectrique, la constante diélectrique et l'épaisseur de la piste. L'outil fournit également un guide des valeurs de constante diélectrique pour différents matériaux de circuits imprimés.
Vous pouvez également nous contacter pour obtenir un calcul d'impédance.
FAQ sur les circuits imprimés de contrôle d'impédance
L'impédance, mesurée en Ohms (symbole Ω), est quelque peu différente de la résistance. L'impédance est une caractéristique en courant alternatif, alors que la résistance est une caractéristique en courant continu. L'impédance devient essentielle au fur et à mesure que la fréquence du signal augmente, et devient typiquement critique pour les traces de PCB à des composantes de signal de deux ou trois cents MHz et plus.
Le contrôle de l'impédance consiste à spécifier l'impédance requise pour les traces et les lignes de transmission sur votre circuit imprimé. Ceci est particulièrement important pour les signaux à grande vitesse et peut être influencé par le matériau du substrat, les largeurs de cuivre et le routage.
L'impédance fonctionne à l'aide de trois éléments principaux, à savoir l'inducteur, le condensateur et la résistance. Il donne également une idée des deux types d'impédance, à savoir l'impédance d'entrée et l'impédance de sortie, et des types de résistance qu'elles offrent.
L'impédance, si elle n'est pas traitée correctement, a un impact remarquablement négatif sur les performances du circuit. Si l'impédance n'est pas correctement adaptée, il peut y avoir des réflexions le long du trajet entre la source et la charge.
L'impédance plus élevée a plus d'enroulement dans une bobine, ce qui permet d'obtenir un meilleur système de moteur avec moins de compromis, ce qui se traduit par un meilleur son global et une meilleure reproduction des basses.
50 Ohms est le moins mauvais compromis entre l'impédance correspondant à une perte minimale, une puissance maximale et une tension maximale.
La plus importante d'entre elles est l'impédance caractéristique, qui est simplement l'impédance d'une ligne de transmission sur un circuit imprimé, totalement isolée de toute autre ligne de transmission. Cette valeur est normalement de 50 Ohms, bien qu'elle puisse prendre une valeur différente en fonction de la norme de signalisation utilisée dans votre appareil.
Parmi les facteurs qui influencent le contrôle de l'impédance lors de la conception des circuits imprimés, on peut citer la largeur des pistes, l'épaisseur du cuivre, l'épaisseur du diélectrique et la constante diélectrique.
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