Technologie PCB - Comment résoudre le problème de la discontinuité d'impédance toujours présente dans la conception de PCB

Tout le monde sait que l'impédance doit être continue. Cependant, comme il est dit, "il y a toujours quelques fois dans la vie où vous marchez sur la merde", il y a toujours des moments où l'impédance de la conception du PCB ne peut pas être continue. Comment le faire?

Si la ligne de transmission est isotrope, il y a toujours un courant I tant que le signal est transmis. Si la tension de sortie du signal est V, la ligne de transmission sera équivalente à une résistance de taille V / I pendant la transmission du signal. Cette résistance équivalente est appelée impédance caractéristique Z de la ligne de transmission.

Lors de la transmission d'un signal, si l'impédance caractéristique change le long du chemin de transmission, le signal sera réfléchi aux noeuds où l'impédance est discontinue.

Les facteurs qui influent sur l'impédance caractéristique comprennent la constante diélectrique, l'épaisseur diélectrique, la largeur de ligne et l'épaisseur de la Feuille de cuivre.

[1] ligne de gradient

Certains dispositifs RF sont plus petits, la largeur du plot SMD peut être aussi petite que 12 mils, la largeur de ligne du Signal RF peut dépasser 50 mils, les lignes de gradient doivent être utilisées, les mutations de largeur de ligne sont interdites. La ligne de gradient est représentée. La ligne de transition ne doit pas être trop longue.

[2] le coin

Ligne de Signal RF si l'angle droit, la largeur effective de la ligne augmente à l'angle, l'impédance est discontinue, provoquant la réflexion du signal.

Pour minimiser les discontinuités, les coins peuvent être traités de deux manières: les coins coupés et les coins arrondis. En général, le rayon de l'angle d'arc doit être suffisamment grand pour assurer: R & gt; 3 W. comme le montre l'image de droite.

[3] grands coussins

Lorsqu'il y a un grand Plot sur une ligne microruban de 50 ohms, le grand Plot joue le rôle d'une capacité répartie qui perturbe la continuité de l'impédance caractéristique de la ligne microruban. En épaississant le milieu de ligne microruban et la masse au sol sous les Plots creux, il est possible de réduire la capacité de distribution des plots. Ci - dessous.

[4] trous traversants

Les Vias sont des cylindres métalliques plaqués à l'extérieur des Vias entre la couche supérieure et la couche inférieure de la carte. Les trous de signal connectent les lignes de transmission sur les différentes couches. Le résidu de trou est la partie inutilisée du trou. Un joint traversant est un joint annulaire circulaire reliant le trou traversant à une ligne de transmission supérieure ou interne. Le disque d'isolation est un espace annulaire à l'intérieur de chaque zone d'alimentation ou de mise à la terre pour éviter les courts - circuits dans les zones d'alimentation et de mise à la terre.

Paramètres parasites du trou

Après une dérivation rigoureuse de la théorie physique et une analyse approximative, le modèle de circuit équivalent d'un trou peut être considéré comme l'inductance d'un condensateur connecté en série à la masse à ses deux extrémités, comme illustré sur la figure 1.

Modèle de circuit équivalent du trou

Comme on peut le voir à partir d'un modèle de circuit équivalent, une capacité parasite à la masse existe dans le via lui - même. En supposant que le diamètre du plot d'inversion du via est D2, que l'épaisseur du plot de via est D1, que l'épaisseur de la carte PCB est t et que la permittivité diélectrique du substrat est λ, la capacité parasite du via est approximativement la suivante:

Les capacités parasites traversant les trous peuvent entraîner un allongement du temps de montée du signal et un ralentissement de la vitesse de transmission, ce qui dégrade la qualité du signal. De même, les Vias ont également une inductance parasite, qui est généralement plus nuisible que les capacités parasites dans les PCBs numériques à grande vitesse.

Son Inductance série parasite affaiblit la contribution de la capacité de dérivation et donc l'effet de filtrage de l'ensemble du système d'alimentation. Supposons que l soit l'inductance du trou, h la longueur du trou et d Le diamètre du trou central. La taille de l'inductance parasite approximée du via est approximée de:

Les trous sont l'un des facteurs importants qui contribuent à la discontinuité de l'impédance du canal RF. Si la fréquence du signal est supérieure à 1 GHz, l'influence des trous doit être prise en compte.

Les méthodes couramment utilisées pour réduire la discontinuité de résistance de via comprennent: l'utilisation d'un processus sans disque, le choix du mode de sortie, l'optimisation du diamètre du coussin arrière, etc. l'optimisation du diamètre du coussin arrière est une méthode couramment utilisée pour réduire la discontinuité d'impédance. Une simulation optimisée avec HFSS et optimetrics est recommandée pour chaque processus de conception, car les caractéristiques des trous sont liées aux dimensions de la structure, telles que l'ouverture, le rembourrage, le panneau arrière, la structure empilée et le mode de sortie.

Lorsque vous utilisez un modèle paramétrique, le processus de modélisation est simple. Au moment de la révision, les concepteurs de PCB doivent fournir les fichiers de simulation correspondants.

Le diamètre des trous, le diamètre des plots, la profondeur et la plaque de fond peuvent tous varier, ce qui entraîne des discontinuités d'impédance, des réflexions et des pertes d'insertion importantes.

[5] connecteurs coaxiaux traversants

Comme dans la configuration via, le connecteur coaxial via présente également une discontinuité d'impédance, de sorte que la solution est la même que via. Les moyens couramment utilisés pour réduire la discontinuité d'impédance des connecteurs coaxiaux traversants sont également: l'utilisation d'un processus sans disque, un mode de prise approprié et l'optimisation du diamètre de la plaque arrière.