Έλεγχος αντίστασης PCB

ΩςPCB Οι ταχύτητες μεταγωγής σήματος συνεχίζουν να αυξάνονται, οι σημερινοί σχεδιαστές PCB πρέπει να κατανοούν και να ελέγχουν την αντίσταση των ιχνών PCB. Με τους μικρότερους χρόνους σηματοδότησης και τους υψηλότερους ρυθμούς ρολογιού των σύγχρονων ψηφιακών κυκλωμάτων, τα ίχνη PCB δεν είναι πλέον απλές συνδέσεις, αλλά μάλλον γραμμές μετάδοσης.

Στην πράξη, είναι απαραίτητος ο έλεγχος της αντίστασης ίχνους σε ψηφιακές οριακές ταχύτητες μεγαλύτερες από 1ns ή αναλογικές συχνότητες άνω των 300Mhz. Μία από τις βασικές παραμέτρους των ιχνών PCB είναι η χαρακτηριστική σύνθετη αντίστασή τους (δηλαδή ο λόγος της τάσης προς το ρεύμα ενός κύματος καθώς ταξιδεύει κατά μήκος της γραμμής μετάδοσης σήματος). Η χαρακτηριστική σύνθετη αντίσταση του αγωγού της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος είναι ένας σημαντικός δείκτης του σχεδιασμού της πλακέτας κυκλώματος, ειδικά στηνΣχεδιασμός PCBτων κυκλωμάτων υψηλής συχνότητας, πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι η χαρακτηριστική σύνθετη αντίσταση του αγωγού και της συσκευής ή του σήματος που απαιτείται από τη χαρακτηριστική σύνθετη αντίσταση του ίδιου, είτε ταιριάζει είτε όχι. Αυτό περιλαμβάνει δύο έννοιες: έλεγχο σύνθετης αντίστασης και αντιστοίχιση σύνθετης αντίστασης, αυτό το άρθρο εστιάζει σε θέματα σχεδιασμού ελέγχου σύνθετης αντίστασης και στοίβαξης.

Έλεγχος σύνθετης αντίστασης, ο αγωγός στην πλακέτα κυκλώματος θα έχει μια ποικιλία μετάδοσης σήματος, προκειμένου να βελτιώσει τον ρυθμό μετάδοσης και πρέπει να βελτιώσει τη συχνότητά του, την ίδια τη γραμμή, εάν λόγω χάραξης, το πάχος του πολυστρωματικού στρώματος, το πλάτος του αγωγού και άλλοι διαφορετικοί παράγοντες, θα οδηγήσουν σε αντίσταση άξια αλλαγής, έτσι ώστε η παραμόρφωση του σήματος της. Ως εκ τούτου, ο αγωγός στην πλακέτα κυκλώματος υψηλής ταχύτητας, η τιμή της σύνθετης αντίστασής του θα πρέπει να ελέγχεται εντός ενός ορισμένου εύρους, που ονομάζεται "έλεγχος σύνθετης αντίστασης".

Η σύνθετη αντίσταση ενός ίχνους PCB θα καθοριστεί από την επαγωγική και χωρητική επαγωγή, την αντίσταση και την αγωγιμότητά του. Παράγοντες που επηρεάζουν την σύνθετη αντίσταση των ιχνών PCB είναι: πλάτος χάλκινου σύρματος, πάχος χάλκινου σύρματος, διηλεκτρική σταθερά του διηλεκτρικού, πάχος του διηλεκτρικού, πάχος των μαξιλαριών, διαδρομή του καλωδίου γείωσης, ίχνη γύρω από το ίχνος, κ.λπ. Αντίσταση PCB κυμαίνεται από 25 έως 120 ohms.

Στην πράξη, είναι απαραίτητος ο έλεγχος της αντίστασης ίχνους σε ψηφιακές οριακές ταχύτητες μεγαλύτερες από 1ns ή αναλογικές συχνότητες άνω των 300Mhz. Μία από τις βασικές παραμέτρους των ιχνών PCB είναι η χαρακτηριστική σύνθετη αντίστασή τους (δηλαδή ο λόγος της τάσης προς το ρεύμα ενός κύματος καθώς ταξιδεύει κατά μήκος της γραμμής μετάδοσης σήματος). Η χαρακτηριστική σύνθετη αντίσταση του αγωγού της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος είναι ένας σημαντικός δείκτης του σχεδιασμού της πλακέτας κυκλώματος, ειδικά στον σχεδιασμό PCB κυκλωμάτων υψηλής συχνότητας, πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι η χαρακτηριστική σύνθετη αντίσταση του αγωγού και της συσκευής ή του σήματος που απαιτείται από τη χαρακτηριστική αντίσταση του ίδιου, είτε να ταιριάζει είτε όχι. Αυτό περιλαμβάνει δύο έννοιες: έλεγχο σύνθετης αντίστασης και αντιστοίχιση σύνθετης αντίστασης, αυτό το άρθρο εστιάζει σε θέματα σχεδιασμού ελέγχου σύνθετης αντίστασης και στοίβαξης.

Έλεγχος σύνθετης αντίστασης, ο αγωγός στην πλακέτα κυκλώματος θα έχει μια ποικιλία μετάδοσης σήματος, προκειμένου να βελτιώσει τον ρυθμό μετάδοσης και πρέπει να βελτιώσει τη συχνότητά του, την ίδια τη γραμμή, εάν λόγω χάραξης, το πάχος του πολυστρωματικού στρώματος, το πλάτος του αγωγού και άλλοι διαφορετικοί παράγοντες, θα οδηγήσουν σε αντίσταση άξια αλλαγής, έτσι ώστε η παραμόρφωση του σήματος της. Ως εκ τούτου, ο αγωγός στην πλακέτα κυκλώματος υψηλής ταχύτητας, η τιμή της σύνθετης αντίστασής του θα πρέπει να ελέγχεται εντός ενός ορισμένου εύρους, που ονομάζεται "έλεγχος σύνθετης αντίστασης".

Η σύνθετη αντίσταση ενός ίχνους PCB θα καθοριστεί από την επαγωγική και χωρητική επαγωγή, την αντίσταση και την αγωγιμότητά του. Παράγοντες που επηρεάζουν την σύνθετη αντίσταση των ιχνών PCB είναι: πλάτος χάλκινου σύρματος, πάχος χάλκινου σύρματος, διηλεκτρική σταθερά του διηλεκτρικού, πάχος του διηλεκτρικού, πάχος των μαξιλαριών, διαδρομή του καλωδίου γείωσης, ίχνη γύρω από το ίχνος, κ.λπ. Αντίσταση PCB κυμαίνεται από 25 έως 120 ohms. Στην πράξη, μια γραμμή μεταφοράς PCB συνήθως αποτελείται από ένα ίχνος σύρματος, ένα ή περισσότερα στρώματα αναφοράς και μονωτικό υλικό. Το ίχνος και τα στρώματα σχηματίζουν την αντίσταση ελέγχου. Τα PCB θα είναι συχνά πολυστρωματικά και η σύνθετη αντίσταση ελέγχου μπορεί να κατασκευαστεί με διάφορους τρόπους. Ωστόσο, όποια μέθοδος και αν χρησιμοποιηθεί, η τιμή της σύνθετης αντίστασης θα καθοριστεί από τη φυσική της δομή και τις ηλεκτρονικές ιδιότητες του μονωτικού υλικού:

       Το πλάτος και το πάχος του ίχνους σήματος.

       Το ύψος του πυρήνα ή του προγεμισμένου υλικού εκατέρωθεν του ίχνους.

       Η διαμόρφωση των ιχνών και των στρωμάτων του πίνακα.

       Οι μονωτικές σταθερές του πυρήνα και του προγεμισμένου υλικού.

       Υπάρχουν δύο κύριες μορφές γραμμών μετάδοσης PCB: Microstrip και Stripline.

       Microstrip:

       Το Microstrip είναι ένα σύρμα κορδέλας, που σημαίνει μια γραμμή μετάδοσης με ένα επίπεδο αναφοράς μόνο στη μία πλευρά, με την κορυφή και τις πλευρές εκτεθειμένες στον αέρα (ή επικαλυμμένες), πάνω από την επιφάνεια της μονωτικής σταθερής πλακέτας Er, που αναφέρεται στην ισχύ ή στο επίπεδο γείωσης.

       Σημείωση: Στην πραγματικότηταΚατασκευή PCB, ο κατασκευαστής της πλακέτας συνήθως επικαλύπτει την επιφάνεια του PCB με ένα στρώμα πράσινου λαδιού, επομένως στους υπολογισμούς της πραγματικής σύνθετης αντίστασης, το μοντέλο που φαίνεται παρακάτω χρησιμοποιείται συνήθως για γραμμές επιφανειακών μικρολωρίδων:

       Stripline:

       Μια λωρίδα είναι μια λωρίδα σύρματος που τοποθετείται μεταξύ δύο επιπέδων αναφοράς, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα, και οι διηλεκτρικές σταθερές των διηλεκτρικών που αντιπροσωπεύονται από Η1 και Η2 μπορεί να είναι διαφορετικές.

       Τα παραπάνω δύο παραδείγματα είναι απλώς μια τυπική επίδειξη γραμμών και λωρίδων μικροταινιών, υπάρχουν πολλά διαφορετικά είδη συγκεκριμένων γραμμών μικροταινιών και λωρίδων, όπως ελασματοποιημένες γραμμές μικροταινιών κ.λπ., τα οποία σχετίζονται όλα με τη δομή στοίβαξης του συγκεκριμένου PCB.

       Οι εξισώσεις που χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό της χαρακτηριστικής σύνθετης αντίστασης απαιτούν πολύπλοκους μαθηματικούς υπολογισμούς, συχνά χρησιμοποιώντας μεθόδους επίλυσης πεδίου, συμπεριλαμβανομένης της ανάλυσης οριακών στοιχείων, επομένως χρησιμοποιώντας το εξειδικευμένο λογισμικό υπολογισμού σύνθετης αντίστασης SI9000, το μόνο που χρειάζεται να κάνουμε είναι να ελέγξουμε τις παραμέτρους της χαρακτηριστικής σύνθετης αντίστασης:

       Διηλεκτρική σταθερά της μονωτικής στρώσης Er, πλάτος ευθυγράμμισης W1, W2 (τραπεζοειδής), πάχος ευθυγράμμισης T και πάχος μονωτικής στρώσης H.