PCBs de controlo de impedância

O que é o controlo de impedância PCB

A placa de circuito impresso de controlo da impedância é um tipo de placa de circuito impresso concebida para manter uma impedância constante em toda a placa. A impedância de uma placa de circuito impresso refere-se à medida da resistência ao fluxo de um sinal de corrente alternada (CA). É um parâmetro importante que afecta o desempenho dos circuitos digitais de alta velocidade e dos circuitos analógicos.

Com o aumento da velocidade de funcionamento dos circuitos electrónicos, também aumentou a necessidade de os PCB terem impedâncias caraterísticas controladas, e a maioria dos Fabricantes de PCB estão a produzir PCB de controlo de impedância para muitas aplicações.

Capacidades de fabrico de placas de circuito impresso de controlo da impedância

PCBcontact é um fabricante profissional de PCB que pode produzir produtos HDI PCB de alta qualidade. Verifique a nossa Capacidades de fabrico de PCB no quadro seguinte:

Capacidade mensal	3650 m²/mês
Camada	4 camadas
Material	FR4, TG180
Espessura da placa acabada	1.6m
Largura/espaço mínimo do traço	8/8mil
Tamanho mínimo do furo	0,25 mm
Espessura mínima do cobre no furo	1 oz
Camada exterior Espessura do cobre acabado	3 oz
Espessura do cobre de base da camada interna	3 oz
Tolerância de controlo da impedância	±10%

Porque é que a PCB de controlo de impedância é necessária

Quando um sinal necessita de uma impedância específica para funcionar corretamente, deve preferir-se a impedância controlada. Em aplicações de alta frequência, manter a impedância constante em toda a placa eletrónica é essencial para proteger os dados transferidos contra danos e para manter a clareza do sinal. Quanto mais longo for o traço ou quanto mais elevada for a frequência, mais adaptação será necessária. Qualquer falta de rigor nesta fase pode aumentar o tempo de comutação de um dispositivo eletrónico ou de um circuito e provocar erros inesperados.

A impedância não controlada é difícil de analisar quando os componentes estão montados no circuito. Os componentes têm diferentes capacidades de tolerância consoante o seu lote. Além disso, as suas especificações são afectadas por variações de temperatura que podem levar a avarias. Nestes casos, a substituição do componente pode parecer a solução à partida, quando, na realidade, é a impedância de traço inadequada que está na origem do problema.

É por isso que as impedâncias de traço e as suas tolerâncias devem ser verificadas numa fase inicial do projeto da placa de circuito impresso. Os projectistas devem trabalhar em conjunto com o fabricante para garantir a conformidade dos valores dos componentes.

Factores que afectam o controlo da impedância

Existem alguns factores que afectam a impedância controlada da placa de circuito impresso: espessura dieléctrica, largura do traço, espessura do cobre, constante dieléctrica Er do material selecionado para a pilha e espessura da máscara de solda.

Largura do traço: Quanto maior for a largura do traço, menor será a impedância. Quanto mais fina for a largura do traço, maior será a impedância. O aumento da espessura da placa aumenta a impedância, enquanto a sua redução diminui a impedância.
Espessura dieléctrica: A espessura do dielétrico também afecta a impedância. A rigidez dieléctrica de um material é uma medida da força eléctrica de um isolante. É definida como a tensão máxima necessária para produzir uma rutura dieléctrica através do material e é expressa em termos de Volts por unidade de espessura.
Espessura do cobre: A espessura do cobre também é considerada no cálculo da impedância de traço em circuitos digitais de alta velocidade e RF.
Constante dieléctrica: A constante dieléctrica é a relação entre a permissividade eléctrica de um material e a permissividade eléctrica encontrada no vácuo. Numa placa de circuito impresso, a constante dieléctrica tende a variar inversamente com a frequência. Uma placa de circuito impresso com uma constante dieléctrica baixa e estável é adequada para altas frequências e impedância controlada. Uma constante dieléctrica mais difícil pode frequentemente afetar a impedância de formas imprevisíveis.

Outras considerações de conceção

As linhas de traço devem ser mantidas tão curtas quanto possível e os comprimentos devem ser reduzidos sempre que possível. Se os comprimentos de traço forem bastante longos, devem ser utilizadas terminações para evitar reflexões.

Devem ser evitados os stubs e as descontinuidades de encaminhamento, que contribuem para as reflexões e a degradação da qualidade do sinal.

Para o encaminhamento de pares diferenciais, tente assegurar que os pares de sinais têm o mesmo comprimento.

Utilização de perfuração traseira - para um painel traseiro espesso em que o sinal passa da camada superior para uma das camadas interiores, o restante do barril de cobre da via ou o pino do conetor press-fit será um stub, resultando em reflexão. A perfuração traseira remove o cobre indesejado. É uma técnica utilizada para remover a porção não utilizada, ou stub, do barril de cobre de um furo passante numa placa de circuito impresso.

Considere a utilização de prata de imersão como acabamento de superfície em vez de ENIG. A prata de imersão resulta numa menor perda de inserção (com perdas) do que o ENIG, apenas porque o teor de níquel no ENIG tem muitas perdas e, devido ao efeito de pele, não é muito bom para projectos de alta velocidade. A planicidade da almofada é tão boa como a ENIG e é mais fácil de trabalhar do que a ENIG.

Reduzir o tamanho dos antipads nas camadas planas. Os antipads são os locais onde os pads são removidos, ou onde o cobre é removido em camadas planas onde o pad não deve ou não se liga a esse plano. Por vezes, o tamanho do antipad é demasiado grande, criando espaços vazios desnecessários no plano. Ao tornar o antipad um pouco mais pequeno, permite uma maior continuidade do plano, resultando num sinal mais limpo e num caminho de retorno.

Como calcular a impedância diferencial

Para garantir a integridade do sinal em projectos de PCB de alta velocidade, são necessárias caraterísticas de grande impedância nas ligações do traço condutor.

Estes só podem ser determinados depois de a impedância controlada da placa de circuito impresso ser calculada com base nas especificações de impedância, na disposição e na acumulação de camadas.

Pode utilizar a calculadora de impedâncias online. Ajudá-lo-á a calcular as larguras dos traços, as impedâncias de terminação única ou diferencial - para os modelos microstrip e stripline - e outros parâmetros como a altura dieléctrica, a constante dieléctrica e a espessura dos traços. A ferramenta também fornecerá um guia para valores de constante dieléctrica para vários materiais de PCB.

Além disso, pode contactar-nos para obter o cálculo da impedância.

FAQs sobre PCB de controlo de impedância

1. O que é a Impedância?

A impedância, medida em Ohms (símbolo Ω), é um pouco diferente da resistência. A impedância é uma caraterística AC, enquanto a resistência é uma caraterística DC. A impedância torna-se essencial à medida que a frequência do sinal aumenta, tornando-se normalmente crítica para os traços de PCB em componentes de sinal de duzentos ou trezentos MHz e superiores.

2. Como funciona o controlo da impedância?

O controlo da impedância envolve a especificação da impedância necessária para os traços e linhas de transmissão na sua placa de circuito impresso. Isto é particularmente importante para sinais de alta velocidade e pode ser afetado pelo material do substrato, larguras de cobre e encaminhamento.

3. Quais são os 3 tipos de impedância?

A impedância funciona com a ajuda de três elementos principais, nomeadamente o indutor, o condensador e a resistência. Também dá uma ideia sobre os dois tipos de impedância, ou seja, a impedância de entrada e a impedância de saída, e os tipos de resistência que fornecem.

4. Porque é que a impedância é importante num circuito?

A impedância - se não for tratada corretamente - tem um impacto negativo notável no desempenho do circuito. Sem a correspondência correta da impedância, podem existir reflexões ao longo do caminho desde a fonte até à carga.

5. Porque é que uma impedância mais elevada é melhor?

A impedância mais elevada tem mais enrolamentos numa bobina, o que pode resultar num melhor sistema de motor com menos compromissos, resultando num melhor som global e numa reprodução de graves melhorada.

6. Porque é que a impedância de 50 ohm é utilizada na disposição da placa de circuito impresso?

50 Ohms é o compromisso menos mau entre a impedância correspondente à perda mínima, potência máxima e tensão máxima.

7. O que é a impedância caraterística em PCB?

A mais importante delas é a impedância caraterística, que é simplesmente a impedância de uma linha de transmissão numa placa de circuito impresso em total isolamento de qualquer outra linha de transmissão. Este valor é normalmente 50 Ohms, embora possa assumir um valor diferente consoante a norma de sinalização utilizada no seu dispositivo.

8. O que afecta a impedância no PCB?

Alguns factores que afectam o controlo da impedância durante a conceção da placa de circuito impresso incluem a largura do traço, a espessura do cobre, a espessura do dielétrico e a constante dieléctrica.