Technologie PCB - Comment construire un empilement flexible avec une impédance contrôlable

L'impédance est une mesure de la limite qu'un circuit impose au courant. Il est similaire à une résistance, mais prend également en compte les effets de l'inductance et de la capacité. Le contrôle d'impédance dans l'empilement flexible est essentiel pour réduire la réflexion du signal et obtenir une intégrité fiable du signal.

L'impédance contrôlée (ci) est l'impédance caractéristique de la ligne de transmission dans le conducteur PCB et son plan de référence associé. Il est particulièrement nécessaire lorsqu'un signal haute fréquence se propage à travers les traces de la carte.

Pourquoi avons - nous besoin de contrôler l'impédance d'un PCB flexible?

Dans les temps modernes, les cartes flexibles sont devenues plus petites, plus rapides et plus complexes. Les plaques flexibles sont généralement utilisées dans des applications à haute fréquence telles que les communications RF, les télécommunications, les calculs utilisant des fréquences de signal supérieures à 100 MHz, le traitement du signal à haute vitesse et la vidéo analogique de haute qualité telle que DDR, HDMI, Gigabit Ethernet, etc.

Les traces de signal ont une impédance en chaque point du trajet du signal. Si le point d'impédance est différent de ce point, il se produit une réflexion du signal dont l'amplitude dépend de la différence entre les deux impédances. Cette réflexion se propagera dans la direction opposée au signal, ce qui signifie que le signal réfléchi sera superposé au signal original. Pourquoi l'impédance contrôlée est - elle vraiment importante pour mieux comprendre les lectures d'impédance contrôlée?

Qu'est - ce que l'adaptation d'impédance dans un PCB?

L'adaptation d'impédance devient essentielle lorsqu'il s'agit de conceptions de PCB flexibles, car elles sont souvent utilisées dans des applications à grande vitesse. Il s'agit d'adapter l'impédance de charge à l'impédance caractéristique de la ligne de transmission. Si l'impédance de charge et l'impédance caractéristique sont égales, la réflexion dans la ligne de transmission est éliminée. Cela garantit que la réception du signal original n'est pas atténuée.

Facteurs influençant l'impédance de la carte flexible

Le contrôle d'impédance flexible peut être réalisé en modifiant les dimensions physiques des traces de PCB et les caractéristiques du matériau diélectrique utilisé. Voici les facteurs qui affectent l'impédance flexible du PCB.

Taille physique de la piste

Hauteur de trace

Largeur de la face supérieure de la trace

Largeur du bas de la trace

Différence de largeur entre le haut et le bas de la piste

Hauteur des traces par rapport au plan du sol

Propriétés diélectriques des matériaux diélectriques utilisés

Constante diélectrique du matériau diélectrique ajouté

Hauteur diélectrique entre la trace et le plan de référence

Constante diélectrique du masque de soudure ou du revêtement

Configuration d'impédance contrôlable de la plaque flexible

Les configurations les plus courantes pour le contrôle d'impédance de la plaque flexible sont:

Microruban à extrémité unique

Comment construire un empilement flexible avec une impédance contrôlable

Ligne microruban à extrémité unique pour PCB flexible

H1: hauteur diélectrique entre la trace et le plan de référence

W1: largeur au bas de la trace

W2: largeur de la face supérieure de la trace

T1: épaisseur des traces

Er1: constante diélectrique entre la trace et le plan de référence

Cette configuration comporte des lignes de transmission en conducteurs homogènes (épaisseur et largeur) sur la couche externe de l'empilement de cartes. Le plan de référence fournit un chemin de retour de courant pour les signaux transmis sur la ligne de transmission. La ligne microruban à une extrémité permet une structure flexible plus fine, ce qui augmente également la flexibilité et réduit le coût global.

Ligne de microruban différentiel enduit de bord

Ligne microruban différentiel à couplage de bord pour PCB flexible

H1: hauteur diélectrique entre la trace et le plan de référence

W1: largeur au bas de la trace

W2: largeur de la face supérieure de la trace

T1: épaisseur des traces

S1: intervalle entre deux traces d'une paire différentielle

C1, C2 et C3: épaisseur du revêtement à différents endroits

CER: constante diélectrique du revêtement

Lorsqu'un signal et son complément sont transmis sur deux traces indépendantes, on parle de signal différentiel. Ces trajectoires sont appelées paires différentielles. Les traces sont câblées à pas constant. L'un des principaux avantages d'avoir une paire différentielle de couplage de bord est que le bruit sur le plan de référence est commun aux deux traces. Ceci annule le bruit à la réception.

Ligne de ruban à une extrémité

Comment construire un empilement flexible avec une impédance contrôlable

Ligne de ruban d'extrémité unique pour PCB flexible

H1: hauteur du premier diélectrique

H2: hauteur de la deuxième couche de diélectrique

W1: largeur au bas de la trace

W2: largeur de la face supérieure de la trace

Er1: constante diélectrique du premier diélectrique

Er2: permittivité du deuxième diélectrique

T1: épaisseur des traces

Il permet le routage du signal entre deux plans de masse dans un PCB multicouche. Les voies de retour du signal haute fréquence sont situées au - dessus et au - dessous de la trajectoire du signal dans le plan.

Ligne de ruban différentiel de couplage de bord

Comment construire un empilement flexible avec une impédance contrôlable

Ligne de ruban différentiel de couplage de bord pour PCB flexible

H1: hauteur du premier diélectrique

H2: hauteur de la deuxième couche de diélectrique

W1: largeur au bas de la trace

W2: largeur de la face supérieure de la trace

Er1: constante diélectrique du premier diélectrique

Er2: permittivité du deuxième diélectrique

T1: épaisseur des traces

S1: intervalle entre deux traces d'une paire différentielle

Cette configuration comporte deux traces d'impédance commandées prises en sandwich entre les deux plans. Il est similaire à une ligne de ruban à une extrémité. La seule différence est qu'il a une paire de conducteurs séparés par une distance uniforme.

Plan de référence de ligne cinématographique croisée en PCB flexible

Le rapport entre la largeur (HW) du conducteur de ligne croisée et l'espacement (HP) des lignes croisées joue un rôle important dans la caractérisation du plan des lignes croisées. Si ce rapport est d'environ 0293, on peut obtenir une élimination de 50% du cuivre. Plus le rapport est faible, plus le pourcentage de cuivre à éliminer est important. Le seul inconvénient de l'impédance de commande flexible par rapport à un plan de cuivre rigide est la nécessité d'avoir une valeur d'impédance de commande plus élevée.

Le plan de référence du Réticule signifie qu'un pourcentage important de cuivre a été retiré du plan. Il a un impact important sur l'impédance contrôlée dans les PCB flexibles. Le plan de croisement ne peut pas fournir un blindage à 100% des traces de signal. L'objectif principal du plan de référence de la ligne cinématographique croisée est d'augmenter la flexibilité de la carte.

Le contrôle d'impédance dans une conception flexible nécessite un noyau flexible plus épais qu'un noyau flexible standard pour atteindre la valeur d'impédance souhaitée. Le noyau flexible plus épais augmente l'épaisseur globale et réduit la flexibilité.

La configuration microruban de surface laisse place à un noyau flexible aussi mince que possible, offrant le plus haut degré de flexibilité. La configuration du ruban permet un blindage de part et d'autre de la trace. Cependant, cette configuration augmente considérablement l'épaisseur de déflexion, ce qui diminue à son tour la capacité de déflexion.

La plaque souple est généralement réalisée à partir d'un substrat en polyimide. Ces substrats offrent des valeurs DK faibles (3 à 3,5) par rapport aux matériaux rigides. L'épaisseur du matériau souple est toujours uniforme. Cela les rend idéaux pour un contrôle flexible de la conception de l'impédance.

Il existe deux types de matériaux Polyimide: les matériaux à base de liant et les matériaux sans liant. Les matériaux sans adhésif et à base d'adhésif peuvent être utilisés pour les conceptions ci flexibles. Cependant, en raison de leurs résultats cohérents, les matériaux sans adhésif sont mieux adaptés aux applications à grande vitesse.

Les matériaux avancés tels que le téflon et les matériaux hybrides téflon / POLYIMIDE conviennent aux applications à grande vitesse. Ces matériaux sont plus chers que les matériaux Polyimides. Le matériau Polyimide standard sans adhésif répond aux exigences de conception pour contrôler l'impédance tout en réduisant les coûts. Sierra circuits utilise des matériaux Dupont pour fabriquer des PCB flexibles.

Le contrôle de l'impédance est l'un des facteurs clés pour minimiser la réflexion du signal dans un PCB.