PCB di controllo dell'impedenza
Che cos'è il PCB di controllo dell'impedenza
Il PCB di controllo dell'impedenza è un tipo di PCB progettato per mantenere un'impedenza costante su tutta la scheda. L'impedenza di un PCB si riferisce alla misura della resistenza al flusso di un segnale in corrente alternata (CA). È un parametro importante che influisce sulle prestazioni dei circuiti digitali ad alta velocità e dei circuiti analogici.
Con l'aumento della velocità di funzionamento dei circuiti elettronici, è aumentata anche la necessità che i PCB abbiano impedenze caratteristiche controllate, e la maggior parte dei circuiti elettronici è stata realizzata in modo tale da poter essere utilizzata in modo efficiente. Produttori di PCB producono circuiti stampati per il controllo dell'impedenza per molte applicazioni.
Capacità di produzione di PCB per il controllo dell'impedenza
PCBcontact è un produttore professionale di PCB in grado di produrre prodotti HDI PCB di alta qualità. Controllare il nostro Capacità di produzione di PCB nella tabella seguente:
| Capacità mensile | 3650 m²/mese |
| Strato | 4 strati |
| Materiale | FR4, TG180 |
| Spessore del pannello finito | 1.6m |
| Larghezza minima della traccia/spazio | 8/8mil |
| Dimensione minima del foro | 0,25 mm |
| Spessore minimo del rame nel foro | 1oz |
| Strato esterno Spessore del rame finito | 3 oz |
| Spessore del rame di base dello strato interno | 3 oz |
| Tolleranza di controllo dell'impedenza | ±10% |
Perché è necessario un PCB di controllo dell'impedenza
Quando un segnale ha bisogno di un'impedenza specifica per funzionare correttamente, è preferibile l'impedenza controllata. Nelle applicazioni ad alta frequenza, mantenere costante l'impedenza sull'intera scheda elettronica è essenziale per proteggere i dati trasferiti da eventuali danni e per mantenere la chiarezza del segnale. Più lunga è la traccia o più alta è la frequenza, più è necessario un adattamento. Qualsiasi mancanza di rigore in questa fase può aumentare il tempo di commutazione di un dispositivo o di un circuito elettronico e causare errori imprevisti.
L'impedenza non controllata è difficile da analizzare una volta che i componenti sono stati montati sul circuito. I componenti hanno capacità di tolleranza diverse a seconda del lotto. Inoltre, le loro specifiche sono influenzate dalle variazioni di temperatura che possono causare malfunzionamenti. In questi casi, la sostituzione del componente può sembrare la soluzione iniziale quando, in realtà, è l'impedenza di traccia inadeguata la causa del problema.
Per questo motivo le impedenze di traccia e le relative tolleranze devono essere verificate fin dalle prime fasi della progettazione del PCB. I progettisti devono lavorare fianco a fianco con il produttore per garantire la conformità dei valori dei componenti.
Fattori che influenzano il controllo dell'impedenza
Alcuni fattori che influenzano l'impedenza controllata del circuito stampato sono: lo spessore del dielettrico, la larghezza della traccia, lo spessore del rame, la costante dielettrica Er del materiale scelto per lo stack e lo spessore della maschera di saldatura.
Larghezza della traccia: Maggiore è la larghezza della traccia, minore sarà l'impedenza. Più sottile è la larghezza della traccia, maggiore è l'impedenza offerta. Aumentando lo spessore della scheda si aumenta l'impedenza, mentre riducendolo si diminuisce l'impedenza.
Spessore del dielettrico: Anche lo spessore del dielettrico influisce sull'impedenza. La rigidità dielettrica di un materiale è una misura della resistenza elettrica di un isolante. È definita come la tensione massima necessaria per produrre una rottura dielettrica attraverso il materiale ed è espressa in termini di Volt per unità di spessore.
Spessore del rame: Lo spessore del rame viene considerato anche nel calcolo dell'impedenza di traccia nei circuiti digitali ad alta velocità e RF.
Costante dielettrica: La costante dielettrica è il rapporto tra la permittività elettrica di un materiale e la permittività elettrica presente nel vuoto. In un PCB, la costante dielettrica tende a variare inversamente alla frequenza. Un PCB con una costante dielettrica bassa e stabile è adatto alle alte frequenze e all'impedenza controllata. Una costante dielettrica più difficile può spesso influenzare l'impedenza in modo imprevedibile.
Altre considerazioni sulla progettazione
Le linee di traccia devono essere mantenute il più possibile corte e la loro lunghezza deve essere ridotta il più possibile. Se le linee di traccia sono piuttosto lunghe, è necessario utilizzare terminazioni per evitare riflessioni.
È necessario evitare gli stub e le discontinuità di instradamento, che aumentano le riflessioni e la degradazione della qualità del segnale.
Per l'instradamento delle coppie differenziali, cercare di garantire che le coppie di segnali abbiano la stessa lunghezza.
Uso della foratura posteriore - per un backplane spesso in cui il segnale passa dallo strato superiore a uno degli strati interni, il resto della canna di rame della via o del pin del connettore a pressione sarà uno stub, con conseguente riflessione. La retroforatura rimuove il rame indesiderato. È una tecnica utilizzata per rimuovere la porzione inutilizzata, o stub, della canna di rame da un foro in un circuito stampato.
Considerare l'utilizzo dell'argento per immersione come finitura superficiale piuttosto che dell'ENIG. L'argento per immersione comporta una perdita di inserzione (lossy) minore rispetto all'ENIG, in quanto il nichel contenuto nell'ENIG è molto lossy e, a causa dell'effetto pelle, non è molto indicato per i progetti ad alta velocità. La planarità del pad è altrettanto buona dell'ENIG ed è più lavorabile dell'ENIG.
Ridurre le dimensioni degli antipad sui layer del piano. Gli antipad sono i punti in cui i pad vengono rimossi o il rame viene rimosso sui layer del piano in cui il pad non dovrebbe o non si collega a quel piano. A volte le dimensioni dell'anti-pad sono troppo grandi e creano vuoti inutili nel piano. Se l'anti-pad è un po' più piccolo, si ottiene una maggiore continuità del piano e quindi un percorso di segnale e di ritorno più pulito.
Come calcolare l'impedenza differenziale
Per garantire l'integrità del segnale nei progetti di circuiti stampati ad alta velocità, è necessario disporre di ottime caratteristiche di impedenza nelle connessioni delle tracce dei conduttori.
Questi possono essere determinati solo dopo che l'impedenza controllata del PCB è stata calcolata in base alle specifiche di impedenza, al layout e all'accumulo di strati.
È possibile utilizzare il calcolatore di impedenza online. Vi aiuterà a calcolare le larghezze delle tracce, le impedenze single-ended o differenziali - sia per i modelli a microstriscia che a stripline - e altri parametri come l'altezza dielettrica, la costante dielettrica e lo spessore della traccia. Lo strumento fornisce anche una guida ai valori della costante dielettrica per i vari materiali dei PCB.
Inoltre, potete contattarci per ottenere il calcolo dell'impedenza.
Domande frequenti sui PCB di controllo dell'impedenza
L'impedenza, misurata in Ohm (simbolo Ω), è leggermente diversa dalla resistenza. L'impedenza è una caratteristica CA, mentre la resistenza è una caratteristica CC. L'impedenza diventa essenziale con l'aumentare della frequenza del segnale, diventando in genere critica per le tracce dei circuiti stampati con componenti di segnale di due o trecento MHz e oltre.
Il controllo dell'impedenza consiste nello specificare l'impedenza richiesta per le tracce e le linee di trasmissione sul PCB. Questo aspetto è particolarmente importante per i segnali ad alta velocità e può essere influenzato dal materiale del substrato, dalla larghezza del rame e dall'instradamento.
L'impedenza funziona con l'aiuto di tre elementi principali: induttore, condensatore e resistenza. Inoltre, fornisce un'idea dei due tipi di impedenza, ossia l'impedenza di ingresso e l'impedenza di uscita, e dei tipi di resistenza che offrono.
L'impedenza, se non trattata correttamente, ha un impatto notevolmente negativo sulle prestazioni del circuito. Senza un adeguato adattamento dell'impedenza, possono verificarsi riflessioni lungo il percorso dalla sorgente al carico.
L'impedenza più alta ha un numero maggiore di avvolgimenti in una bobina, che può dare luogo a un sistema motore migliore, con meno compromessi, che si traduce in un suono complessivo migliore e in una migliore riproduzione dei bassi.
50 Ohm è il compromesso meno negativo tra l'impedenza corrispondente alla minima perdita, alla massima potenza e alla massima tensione.
La più importante è l'impedenza caratteristica, che è semplicemente l'impedenza di una linea di trasmissione su un circuito stampato in totale isolamento da qualsiasi altra linea di trasmissione. Questo valore è normalmente di 50 Ohm, anche se può assumere un valore diverso a seconda dello standard di segnalazione utilizzato nel dispositivo.
Alcuni fattori che influenzano il controllo dell'impedenza durante la progettazione dei circuiti stampati sono la larghezza della traccia, lo spessore del rame, lo spessore del dielettrico e la costante dielettrica.
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