PCB Tecnico - Impedenza caratteristica della progettazione PCB ad alta velocità

Nella progettazione PCB ad alta velocità, eseguiamo spesso il controllo caratteristico dell'impedenza sulle linee di segnale ad alta velocità per ottimizzare la qualità del segnale. Qual è l'impedenza caratteristica?

1. Principio della linea di trasmissione

Prima di introdurre l'impedenza caratteristica, rivedere i principi di base delle linee di trasmissione introdotti nel "Signal Integrity Video". Il lato sinistro della figura sottostante è il modello RLGC con parametri grumi per il circuito a bassa frequenza, e il modello RLGC con parametri distribuiti per il circuito ad alta frequenza a destra.

Risolvere l'equazione di calcolo della linea di trasmissione è facile per voi, e non voglio introdurla qui. Il risultato dell'equazione è che possiamo ottenere la costante di attenuazione, l'impedenza caratteristica, la costante di spostamento di fase, ecc. della linea di trasmissione PCB. Il significato specifico è descritto in dettaglio in "Signal Integrity Video". Qui introduciamo principalmente l'applicazione dell'impedenza caratteristica PCB. La seguente è la formula per l'impedenza caratteristica ottenuta risolvendo l'equazione, ma non è molto utile perché non si conoscono le R, L, G e C corrispondenti all'unità di lunghezza.

2. L'influenza del disallineamento caratteristico dell'impedenza

L'impedenza caratteristica della linea di trasmissione si riferisce all'impedenza corrispondente a ciascun punto della linea quando i segnali ad alta velocità sono trasmessi sulla linea PCB. Speriamo che l'impedenza caratteristica della linea di trasmissione non cambi improvvisamente, perché un cambiamento improvviso nella linea di trasmissione causerà la riflessione del segnale, che influenzerà la qualità del segnale.

3. Selezione dell'impedenza caratteristica

L'impedenza caratteristica del PCB è determinata dalla resistenza corrispondente ZL all'estremità del carico, a seconda delle specifiche delle varie interfacce. L'errore caratteristico di impedenza è influenzato principalmente dal processo di fabbrica della scheda PCB e può essere generalmente controllato entro il 5% -10%. Quanto segue è un controllo comune dell'impedenza PCB di interfaccia.

Cavo differenziale USB 90Ω

Linea differenziale PCIE 100Ω

Linea di trasmissione RF monoterminale 50Ω

Linea ordinaria di trasmissione monoterminale 50Ω

4. progettazione di impedenza caratteristica PCB

Attualmente, i produttori di PCB utilizzano spesso il software polare si9000 per calcolare l'impedenza caratteristica. Prendi come esempio la linea di segnale monoterminale qui sotto. Ci sono quattro parametri di impostazione: costante dielettrica, spessore dielettrico, larghezza della linea e spessore della lamina di rame.

Costante dielettrica Er1: La costante dielettrica del foglio, generalmente 4.2-4.5 per lo strato FR4.

Spessore medio H1: lo spessore del foglio o PP.

Larghezza di linea W1 / W2: la larghezza di linea del cablaggio PCB.

Spessore della lamina di rame: Secondo la situazione reale, ci sono 0,5/1/2 OZ e così via.

Dal calcolo della linea di segnale a terminale singolo 50Ω sopra, tutti dovrebbero sapere chiaramente perché è difficile eseguire la corrispondenza dell'impedenza 50Ω per la linea di segnale della scheda a 2 strati?

5. L'impedenza caratteristica è OK?

Attraverso l'introduzione di principio di cui sopra e il funzionamento del software, è fondamentalmente possibile progettare facilmente un PCB con corrispondenza di impedenza caratteristica.

Ma rivedere l'esempio di "PCIE 3.0 Simulation Video", gli indicatori chiave per valutare il collegamento di trasmissione sono principalmente S11 e S21. La caratteristica corrispondenza dell'impedenza garantisce solo S11. Per il cablaggio PCB a lunga distanza sopra GHZ, l'influenza di S21 è più importante. Quindi, pur garantendo l'impedenza caratteristica, lascia che S21 soddisfi anche i requisiti, per dimostrare che il tuo design PCB è OK.