Technologie PCB - La discontinuité de l'impédance PCB provoque la réflexion du signal

Ceci est un article détaillé sur un sujet très important que les concepteurs de PCB devraient maîtriser. La première chose à garder à l'esprit est qu'en raison de la discontinuité d'impédance, une réflexion du signal se produit dans la ligne de transmission PCB.

La ligne de transmission doit avoir une impédance caractéristique uniforme. Toute variation ou discontinuité de l'impédance entraîne une réflexion et une distorsion du signal.

Ce phénomène s'applique également aux traces de PCB et aux lignes de transmission. La raison en est que les longueurs d'onde physiques des signaux à haute fréquence sont très courtes. Les traces de PCB présentent donc les mêmes caractéristiques. Plus la fréquence est élevée, plus la longueur d'onde est courte. Vous devrez même traiter les pistes plus courtes comme vous le feriez pour les lignes de transmission.

Une discontinuité de trajectoire de signal ou une discontinuité non uniforme forme une discontinuité d'intégrité de signal. Pour éviter la distorsion du signal à la source et à la cible, l'impédance de la piste PCB doit être adaptée à la source. L'impédance doit alors être chargée aux extrémités source et cible. Cela pose des défis considérables et nécessite une conception minutieuse du PCB pour atténuer les effets de l'atténuation du signal causée par la discontinuité d'impédance. Plus la discontinuité de l'impédance caractéristique est grande, plus la réflexion du signal est élevée. Cela signifie que la distorsion du signal est également plus élevée. Essayez donc de garder la discontinuité d'impédance aussi faible que possible. En termes d'amplitude et de temps. Lire: pourquoi il est important de contrôler l'impédance.

La discontinuité d'impédance affecte l'intégrité du signal

En théorie, un signal numérique est une impulsion carrée commutée en un court laps de temps. Naturellement, le temps de montée du numéro SMS nécessaire pour les circuits numériques haute fréquence conduira à des fréquences extrêmement élevées associées à des temps de montée rapides du signal. En effet, ces fréquences seront d'un ordre de grandeur supérieures à la fréquence d'horloge du circuit. La largeur d'impulsion du circuit numérique haute fréquence est courte. Le temps de montée est ainsi réduit. Un temps de montée du signal très court signifie que le signal numérique contient une fréquence très élevée. Les signaux numériques haute fréquence doivent donc respecter les règles d'intégrité du signal relatives aux signaux haute fréquence.

Par conséquent, toute variation de l'impédance de la piste PCB entraînera une réflexion du signal. Ceux - ci peuvent entraîner des sonneries et une distorsion du signal. Il en résulte que, à des fréquences de commutation élevées, les discontinuités d'impédance provoquent de graves distorsions sur le signal numérique et peuvent entraîner des erreurs d'échantillonnage du signal. Vous pouvez utiliser les paramètres suivants pour caractériser une ligne de transmission formée de traces de PCB: résistance, Conductance et résistance de trace. Lisez les différences entre les lignes microruban et les lignes ruban dans le PCB.

Discontinuité d'impédance typique

L'impédance caractéristique d'une ligne est l'inductance divisée par la racine carrée de la capacité. Il s'agit d'une hypothèse raisonnable pour les PCB, car la résistance et la Conductance de la trace à des fréquences de signal élevées sont négligeables par rapport à l'inductance et à la capacité.

La discontinuité d'impédance est tout facteur affectant le rapport de l'inductance d'une trace à sa capacité. Voici quelques exemples typiques:

Changement d'impédance dans la ligne: si l'impédance de la ligne change pour une raison quelconque, par exemple un changement de section de cuivre ou un changement de chemin de câblage, l'inductance mutuelle change et une discontinuité d'impédance apparaît.

Branches dans la ligne: Bien qu'il puisse être nécessaire d'acheminer le signal vers plusieurs périphériques, l'utilisation de branches et de troncs de ligne peut modifier l'impédance de la ligne et entraîner une discontinuité.

Division du signal de retour: le signal à haute fréquence se propage le long du chemin d'impédance la plus faible, situé juste en dessous de la trace du signal, généralement dans le plan de masse. Toute caractéristique physique dans la ligne de retour ou dans le plan de masse forçant le signal de retour à dévier de ce trajet entraînera une discontinuité.

Porosités: utilisez des porosités pour transmettre des signaux d'une couche à l'autre du PCB. Bien qu'il s'agisse d'une caractéristique essentielle de la conception d'un PCB, la forme et la taille des trous excessifs modifient l'inductance et la capacité des traces, créant ainsi une autre discontinuité. Pour en savoir plus, lisez comment réduire la capacité parasite dans votre disposition PCB.

Comment limiter les effets de la discontinuité d'impédance

La clé pour contrôler les effets négatifs de la discontinuité d'impédance est de considérer toutes les traces de signal PCB comme des lignes de transmission. Il faut s'assurer que l'impédance caractéristique est la même en tous points du trajet du signal.

Assurez - vous de suivre ces directives:

Adapter l'impédance de source et l'impédance de charge: Assurez - vous que l'impédance de source et l'impédance de charge sont identiques à l'impédance de trace. Vous pouvez obtenir la bonne impédance en utilisant des résistances en série ou en parallèle. De plus, toute trace ouverte doit être terminée avec une résistance de valeur correcte.

Évitez les branches: si le signal doit être partagé par plusieurs puces, connectez les lignes en cascade au lieu d'utiliser des branches. Alternativement, le signal peut être envoyé à la branche à l'aide d'un dispositif tampon adapté.

Chemin de retour du signal: Assurez - vous que le retour du signal suit le même chemin que la ligne de signal. Si vous utilisez un plan de masse, assurez - vous que la Division du chemin du signal de retour n'est pas interrompue. Assurez - vous qu'il y a un plan solide sous la piste qui s'étend sur toute la longueur et qu'il n'y a pas de fissures ou d'incisions. S'il n'y a pas de plan solide, utilisez une trace de retour plus épaisse qui doit couvrir trois fois la longueur de la trace et la hauteur du diélectrique.

Conception de trou sur: Alignez les traces de haute fréquence sur une couche autant que possible. Si vous avez besoin d'un perçage, utilisez un perçage miniature au lieu d'un perçage traditionnel. Comme les Vias ont des propriétés capacitives et inductives nettement différentes, leur utilisation sur les traces du signal est minimisée. Si nécessaire, on utilise des micro - porosités dont la capacité et l'inductance sont beaucoup plus petites que les porosités standard. Les micropores aident également à garder la longueur de la pile courte aussi courte que possible. Une autre approche consiste à utiliser des interconnexions haute densité ou la technologie HDI PCB.

Discontinuité d'impédance et réflexion du signal

Le signal sur une ligne de transmission uniforme rencontrera une impédance constante "ZC (V / I)" à tous les endroits de la ligne, le long de laquelle le signal sera transmis au besoin. Cependant, s'il y a une discontinuité d'impédance en un point quelconque, la propagation du signal sera affectée et une réflexion du signal se produira, tout comme la lumière se réfléchira si elle rencontre une discontinuité dans le milieu de propagation.

Différents types de discontinuités d'impédance et leurs causes possibles:

Comme l'impédance de la ligne de transmission dépend de la géométrie du conducteur et des caractéristiques du matériau PCB, toute modification de ces caractéristiques entraîne une modification de l'impédance. Voici quelques exemples:

Source ou destination / fin de ligne. L'impédance de source ou de récepteur est généralement différente de l'impédance de la ligne.

Variation de largeur ou de hauteur de raie (c'est - à - dire d'épaisseur de cuivre) ou de hauteur et / ou de constante diélectrique du matériau PCB entre la ligne de signal et la voie de retour.