PCB Tecnico - La progettazione del circuito stampato è continua

Tutti sanno che l'impedenza deve essere continua. Ci sono sempre momenti in cui l'impedenza non può essere continua nella progettazione PCB Come fare?

Impedenza caratteristica: nota anche come "impedenza caratteristica", non è una resistenza DC, appartiene al concetto di trasmissione a lungo termine. Nell'intervallo ad alta frequenza, durante la trasmissione del segnale, dove arriva il bordo del segnale, sarà generata una corrente istantanea tra la linea del segnale e il piano di riferimento (potenza o piano di terra) a causa della creazione di un campo elettrico.

Se la linea di trasmissione è isotropica, quindi finché il segnale sta trasmettendo, ci sarà sempre una corrente I e se la tensione di uscita del segnale è V, la linea di trasmissione sarà equivalente a una resistenza durante la trasmissione del segnale, la cui dimensione è V/I, Chiama questa resistenza equivalente l'impedenza caratteristica Z della linea di trasmissione.

Nel processo di trasmissione del segnale, se cambia l'impedenza caratteristica sul percorso di trasmissione, il segnale sarà riflesso nel nodo in cui l'impedenza è discontinua.

I fattori che influenzano l'impedenza caratteristica sono: costante dielettrica, spessore dielettrico, larghezza della linea e spessore del foglio di rame.

[1] Linea sfumata

Alcuni pacchetti di dispositivi RF sono piccoli, la larghezza del pad SMD può essere piccola come 12 mil e la larghezza della linea del segnale RF può raggiungere 50 mil o più. Devono essere utilizzate linee sfumate e le mutazioni della larghezza della linea sono vietate. La linea di gradiente è come mostrato nella figura, e la linea della parte di transizione non dovrebbe essere troppo lunga.

[2] angolo

Se la linea del segnale RF funziona ad un angolo retto, la larghezza effettiva della linea all'angolo aumenterà e l'impedenza sarà discontinua, causando la riflessione del segnale. Per ridurre la discontinuità, per affrontare gli angoli, ci sono due metodi: smussatura e arrotondamento. Il raggio dell'angolo dell'arco dovrebbe essere abbastanza grande, in generale, per garantire: R>3W.

# Large pad #

Quando ci sono pad di grandi dimensioni sulla linea microstrip da 50 ohm, i pad di grandi dimensioni sono equivalenti alla capacità distribuita, che distrugge la caratteristica continuità di impedenza della linea microstrip. Due metodi possono essere presi per migliorare allo stesso tempo: in primo luogo, ispessire il dielettrico della linea di microstrip e in secondo luogo, scavare il piano di terra sotto il pad, che può ridurre la capacità distribuita del pad.

# Via #

I Vias sono cilindri metallici placcati fuori dai fori passanti tra gli strati superiore e inferiore del circuito stampato. I segnali via collegano le linee di trasmissione su diversi strati. La via stub è la parte inutilizzata della via. Via pad sono distanziali a forma di anello che collegano la via alla linea di trasmissione superiore o interna. I dischi di isolamento sono vuoti anulari in ogni piano di potenza o di terra per evitare cortocircuiti ai piani di potenza e di terra.

Parametri parassitici dei vias

Dopo rigorosa derivazione della teoria fisica e analisi approssimativa, il modello di circuito equivalente della via può essere modellato come induttore collegato in serie con un condensatore di messa a terra ad entrambe le estremità.

Modello di circuito equivalente di via

Si può vedere dal modello di circuito equivalente che la via stessa ha capacità parassitaria a terra. Supponiamo che il diametro dell'anti-pad via sia D2, il diametro del pad via è D1, lo spessore della scheda PCB è T e la costante dielettrica del substrato della scheda è ε, quindi la capacità parassitaria della via è approssimativamente:

La capacità parassitaria della via può causare il prolungamento del tempo di aumento del segnale e la velocità di trasmissione a rallentare, deteriorando così la qualità del segnale. Allo stesso modo, i vias hanno anche induttanza parassitaria. Nei PCB digitali ad alta velocità, il danno causato dall'induttanza parassitaria è spesso maggiore della capacità parassitaria.

La sua induttanza di serie parassitaria indebolirà il contributo del condensatore bypass, indebolindo così l'effetto filtrante dell'intero sistema di alimentazione. Supponiamo che L sia l'induttanza della via, h sia la lunghezza della via e d sia il diametro del foro centrale. L'induttanza parassitaria approssimativa della via è simile a:

I vias sono uno dei fattori importanti che causano discontinuità di impedenza sul canale RF. Se la frequenza del segnale è superiore a 1 GHz, deve essere considerato l'impatto dei vias.

Metodi comuni per ridurre la discontinuità di via impedenza includono: adozione di un processo discless, selezione di un metodo di uscita e ottimizzazione del diametro dell'anti-pad. L'ottimizzazione del diametro anti-pad è uno dei metodi più comunemente utilizzati per ridurre le discontinuità di impedenza. Poiché le caratteristiche dei vias sono correlate alle dimensioni strutturali come apertura, pad, anti-pad, struttura laminata e metodo di cablaggio, si raccomanda di utilizzare HFSS e Optimetrics per la simulazione di ottimizzazione in base alla situazione specifica durante ogni progetto.

Quando si utilizza un modello parametrico, il processo di modellazione è semplice. Durante la revisione, i progettisti di PCB sono tenuti a fornire i documenti di simulazione corrispondenti.

Connettore coassiale passante

Simile alla struttura via, il connettore coassiale passante ha anche discontinuità di impedenza, quindi la soluzione è la stessa di quella della via. I metodi comunemente utilizzati per ridurre la discontinuità di impedenza dei connettori coassiali passanti sono anche: adottare un processo discless, un metodo di uscita adatto e ottimizzare il diametro dell'anti-pad.