Technologie PCB - Que faire lorsque l'impédance de conception de PCB ne peut pas être continue

Comment supprimer la diaphonie dans la conception de PCB et que faire lorsque l'impédance de conception de PCB ne peut pas être continue

Comment supprimer la diaphonie dans la conception de PCB

Un signal modifié, tel qu'un signal de pas, se propage le long de la ligne de transmission de a à B. un signal de couplage est généré sur la ligne de transmission CD. Une fois le signal modifié terminé, c'est - à - dire lorsque le signal revient à un niveau continu stable, le signal de couplage n'est pas présent, de sorte que la diaphonie ne se produit que pendant la conversion du signal, plus le changement de bord du signal (taux de conversion) est rapide, Plus la diaphonie générée est grande.

Le champ électromagnétique couplé dans l'espace peut être extrait comme un ensemble d'innombrables condensateurs de couplage et inductances de couplage. Le signal diaphonique produit par le condensateur de couplage peut être divisé sur le réseau victime en diaphonie directe et en diaphonie inverse SC. Ces deux signaux ont la même polarité; Le signal diaphonique généré par l'inductance est également divisé en diaphonie directe et diaphonie inverse SL, et ces deux signaux sont de polarités opposées.

La diaphonie avant et la diaphonie inverse générées par le couplage de l'inductance et de la capacité existent simultanément et sont de taille presque égale. De cette façon, les signaux de diaphonie avant sur le réseau de la victime s'annulent mutuellement en raison de polarités opposées et les polarités de diaphonie inverse sont identiques et la superposition est améliorée. Les modes d'analyse diaphonique comprennent généralement le mode par défaut, le mode à trois états et l'analyse du mode le pire des cas.

Le mode par défaut est similaire à la façon dont nous testons réellement la diaphonie, c'est - à - dire en pilotant le lecteur réseau offensant en inversant le signal, le lecteur réseau victime restant dans son état initial (niveau haut ou Bas), puis en calculant la valeur de diaphonie. Cette méthode est plus efficace pour l'analyse diaphonique de signaux unidirectionnels. Le mode à trois états signifie que le pilote du réseau incriminé est piloté par un signal de retournement et que la borne à trois états du réseau victime est placée dans un état de Haute impédance pour détecter la taille de la diaphonie. Cette approche est plus efficace pour les réseaux topologiques bidirectionnels ou complexes. L'analyse du pire scénario consiste à maintenir le pilote du réseau victime dans son état initial et le simulateur calcule la somme de la diaphonie de tous les réseaux contrefaits par défaut pour chaque réseau victime.

Cette méthode n'analyse généralement qu'un seul réseau de clés, car il y a trop de combinaisons à calculer et la simulation est relativement lente.

Dans la conception de PCB, il y a toujours plusieurs endroits où l'impédance ne peut pas être continue. Que dois - je faire?

Tout le monde sait que l'impédance doit être continue. Cependant, comme le dit Luo Yong Hao, « il y a toujours des moments dans la vie où vous marchez sur un tabouret » et il y a toujours des moments dans la conception de PCB où l’impédance ne peut pas être continue. Comment le faire?

Impédance caractéristique: aussi appelée "impédance caractéristique", ce n'est pas une résistance DC et appartient au concept de transmission à long terme. Dans la gamme des hautes fréquences, lors de la transmission du signal, les bords du signal arrivent et, grâce à l'établissement du champ électrique, un courant instantané sera généré entre la ligne de signal et le plan de référence (alimentation ou plan de masse).

Si la ligne de transmission est isotrope, il y aura toujours un courant I tant que le signal est transmis, et si la tension de sortie du signal est V, la ligne de transmission sera égale à une résistance pendant la transmission du signal, dont la taille est V / I, appelez cette résistance équivalente l'impédance caractéristique Z de la ligne de transmission.

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

Les facteurs qui affectent l'impédance caractéristique du PCB sont: la constante diélectrique, l'épaisseur diélectrique, la largeur de ligne et l'épaisseur de la Feuille de cuivre.

[1] ligne de gradient

Certains boîtiers RF sont petits, la largeur des plots SMD peut être aussi petite que 12 mils et la largeur des lignes de Signal RF peut atteindre 50 mils ou plus. Les lignes graduées doivent être utilisées et les mutations de largeur de ligne sont interdites.

[2] le coin

Si la ligne de Signal RF fonctionne à angle droit, la largeur effective de la ligne dans le coin augmentera et l'impédance sera discontinue, ce qui entraînera une réflexion du signal. Pour réduire les discontinuités, il existe deux façons de traiter les coins: Chanfrein et arrondi. En général, le rayon de l'angle d'arc doit être suffisamment grand pour assurer: R > 3W.

ã 3ã grand rembourrage

Lorsqu'il y a de gros Plots sur une ligne microruban de 50 ohms, les gros Plots sont l'équivalent d'une capacité de distribution qui détruit la continuité d'impédance caractéristique de la ligne microruban. L'amélioration peut être réalisée simultanément de deux manières: d'une part, en épaississant le diélectrique de la ligne microruban et, d'autre part, en creusant le plan de masse sous les Plots, ce qui permet de réduire la capacité de distribution des plots.

ã 4ã via

Un trou traversant est un cylindre métallique plaqué à l'extérieur du trou traversant entre la couche supérieure et la couche inférieure de la carte. Les Vias de signal connectent des lignes de transmission sur différentes couches. Un talon percé est la partie inutilisée d'un trou percé. Un plot de perçage est un joint annulaire reliant le perçage à une ligne de transmission supérieure ou interne. Le disque d'isolation est un espace annulaire dans chaque plan d'alimentation ou de masse pour éviter un court - circuit de l'alimentation et du plan de masse.

Paramètres parasites de porosité

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

Modèle de circuit équivalent poreux

Comme on peut le voir à partir d'un modèle de circuit équivalent, le sur - trou lui - même a une capacité parasite à la masse. En supposant que le diamètre du contre - plot percé est D2, que l'épaisseur du contre - plot percé est D1, que l'épaisseur de la carte PCB est t et que la permittivité diélectrique du substrat de la carte est λ, la capacité parasite du trou percé est de l'ordre de:

Une capacité parasite sur - poreuse peut 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 présentent également une inductance parasite. Dans les circuits imprimés numériques à grande vitesse, les dommages causés par les inductances parasites sont souvent plus importants que les capacités parasites.

Son Inductance série parasite affaiblit la contribution du condensateur de dérivation et donc l'effet de filtrage de l'ensemble du système électrique. Supposons que l soit l'inductance de la porosité, h la longueur de la porosité et d Le diamètre du trou central. L'inductance parasite approximative de la porosité est similaire à:

Les Vias 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, il faut tenir compte de l'influence de la porosité excessive.

Les méthodes courantes pour réduire les discontinuités d'impédance de porosité comprennent: l'utilisation d'un processus sans disque, le choix d'une méthode de sortie et l'optimisation du diamètre des plots anti - soudure. L'optimisation du diamètre du contre - plot est l'une des méthodes les plus couramment utilisées pour réduire les discontinuités d'impédance. Étant donné que les caractéristiques des perçages sont liées aux dimensions structurelles telles que les ouvertures, les Plots, les contre - Plots, les structures stratifiées et les méthodes de câblage, il est recommandé d'optimiser les simulations avec HFSS et optimetrics au cas par cas lors de chaque conception.

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

Le diamètre du perçage, le diamètre du plot, la profondeur et le contre - plot apportent tous des variations qui entraînent des discontinuités d'impédance, des réflexions et des pertes d'insertion importantes.

ã 5ã connecteur coaxial à trou traversant

Tout comme la structure de perçage, les connecteurs coaxiaux traversants présentent également une discontinuité d'impédance, de sorte que la solution est la même que pour les perçages. Les méthodes courantes pour réduire la discontinuité d'impédance des connecteurs coaxiaux traversants sont également: l'utilisation d'un processus sans disque, une méthode de sortie appropriée et l'optimisation du diamètre des plots anti - soudure.