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L'impedenza è una misura del limite imposto da un circuito sulla corrente. È simile a una resistenza, ma considera anche gli effetti dell'induttanza e della capacità. Il controllo dell'impedenza nello stack flessibile è essenziale per ridurre i riflessi del segnale e ottenere un'integrità affidabile del segnale.
L'impedenza controllata (CI) è l'impedenza caratteristica della linea di trasmissione nel conduttore PCB e nel suo piano di riferimento associato. È particolarmente necessario quando i segnali ad alta frequenza si propagano attraverso tracce del circuito stampato.
Perché abbiamo bisogno di controllare l'impedenza del PCB flessibile?
In tempi moderni, i circuiti stampati flessibili sono diventati più piccoli, più veloci e più complessi. Le schede flessibili sono comunemente utilizzate in applicazioni ad alta frequenza, come comunicazioni RF, telecomunicazioni, calcoli che utilizzano frequenze di segnale superiori a 100MHz, elaborazione del segnale ad alta velocità e video analogico di alta qualità, come DDR, HDMI, Gigabit Ethernet, ecc.
La traccia del segnale ha impedenza in ogni punto del percorso del segnale. Se il punto di impedenza è diverso dal punto, ci sarà riflessione del segnale, la cui ampiezza dipende dalla differenza tra le due impedenze. Questa riflessione si propaga nella direzione opposta al segnale, il che significa che il segnale riflesso sarà sovrapposto al segnale originale. Per comprendere meglio le letture di impedenza controllata, perché l'impedenza controllata è davvero importante?
Che cos'è la corrispondenza dell'impedenza nel PCB?
Quando si tratta di progettazione PCB flessibile, la corrispondenza dell'impedenza diventa fondamentale perché sono spesso utilizzati in applicazioni ad alta velocità. Si riferisce alla corrispondenza dell'impedenza di carico con l'impedenza caratteristica della linea di trasmissione. Se l'impedenza di carico e l'impedenza caratteristica sono uguali, la riflessione nella linea di trasmissione sarà eliminata. Ciò garantisce che la ricezione del segnale originale non sia attenuata.
Fattori che influenzano l'impedenza dei circuiti stampati flessibili
Il controllo flessibile dell'impedenza può essere ottenuto modificando le dimensioni fisiche delle tracce PCB e le caratteristiche dei materiali dielettrici utilizzati. Di seguito sono riportati i fattori che influenzano l'impedenza del PCB flessibile.
La dimensione fisica della traccia
Altezza traccia
La larghezza della superficie superiore della traccia
Larghezza del fondo traccia
La differenza di larghezza tra la parte superiore della traccia e la parte inferiore della traccia
L'altezza della traccia dal piano di terra
Le proprietà dielettriche dei materiali dielettrici utilizzati
La costante dielettrica del materiale dielettrico aggiunto
L'altezza dielettrica tra la traccia e il piano di riferimento
La costante dielettrica della maschera di saldatura o dello strato di copertura
Configurazione dell'impedenza controllata della scheda flessibile
La configurazione più comune per il controllo dell'impedenza di schede flessibili è:
Microtrip monoterminale
Come costruire un Flex Stack-Up con impedenza controllabile
Linea microstrip monoterminale per PCB flessibile
H1: L'altezza dielettrica tra la traccia e il piano di riferimento
W1: la larghezza del fondo della traccia
W2: la larghezza della superficie superiore della traccia
T1: Lo spessore della traccia
Er1: La costante dielettrica tra la traccia e il piano di riferimento
Questa configurazione ha una linea di trasmissione fatta di conduttori uniformi (spessore e larghezza) sullo strato esterno della pila del circuito stampato. Il piano di riferimento fornisce un percorso di ritorno della corrente per il segnale trasmesso sulla linea di trasmissione. Le linee a microstrappo monoterminale consentono strutture flessibili più sottili, il che aumenta anche la flessibilità e riduce i costi complessivi.
Linea di microscatto differenziale rivestita con bordo
Linea differenziale microstrip accoppiata a bordo per PCB flessibile
H1: L'altezza dielettrica tra la traccia e il piano di riferimento
W1: la larghezza del fondo della traccia
W2: la larghezza della superficie superiore della traccia
T1: Lo spessore della traccia
S1: L'intervallo tra le due tracce della coppia differenziale
C1, C2 e C3: Spessore dello strato di copertura in posizioni diverse
CEr: costante dielettrica dello strato di copertura
Quando il segnale e il suo complemento sono trasmessi su due tracce indipendenti, è chiamato segnale differenziale. Queste tracce sono chiamate coppie differenziali. Le tracce sono tracciate ad un passo costante. Uno dei principali vantaggi di avere una coppia differenziale accoppiata a bordo è che il rumore sul piano di riferimento è comune a entrambe le tracce. Questo annulla il rumore all'estremità ricevente.
Linea a nastro monoterminale
Come costruire un Flex Stack-Up con impedenza controllabile
Stripline monoterminale per PCB flessibile
H1: L'altezza del primo dielettrico
H2: L'altezza del secondo strato di dielettrico
W1: la larghezza del fondo della traccia
W2: la larghezza della superficie superiore della traccia
Er1: La costante dielettrica del primo dielettrico
Er2: Costante dielettrica del secondo dielettrico
T1: Lo spessore della traccia
Implementa il routing del segnale tra due piani di terra in un PCB multistrato. Il percorso di ritorno del segnale ad alta frequenza si trova sopra e sotto la traccia del segnale sul piano.
Striplina differenziale accoppiata a bordo
Come costruire un Flex Stack-Up con impedenza controllabile
Stripline differenziale accoppiato a bordo per PCB flessibile
H1: L'altezza del primo dielettrico
H2: L'altezza del secondo strato di dielettrico
W1: la larghezza del fondo della traccia
W2: la larghezza della superficie superiore della traccia
Er1: La costante dielettrica del primo dielettrico
Er2: Costante dielettrica del secondo dielettrico
T1: Lo spessore della traccia
S1: L'intervallo tra le due tracce della coppia differenziale
Questa configurazione ha due tracce di impedenza controllate tra due piani. È simile a una linea a nastro monoterminale. L'unica differenza è che ha una coppia di conduttori separati da una distanza uniforme.
Piano di riferimento incrociato in PCB flessibile
Il rapporto tra la larghezza del conduttore a tratteggio incrociato (HW) e il passo a tratteggio incrociato (HP) svolge un ruolo importante nella caratterizzazione del piano a tratteggio incrociato. Se il rapporto è di circa 0,293, la rimozione del rame del 50% può essere raggiunta. Più piccolo è il rapporto, maggiore è la percentuale di rame da rimuovere. Rispetto ad un piano di rame rigido, l'unico svantaggio dell'impedenza di controllo flessibile è la necessità di avere un valore di impedenza di controllo più elevato.
Il piano di riferimento a tratteggio incrociato significa che una grande percentuale di rame è stata rimossa dal piano. Ha un impatto significativo sull'impedenza controllata nel PCB flessibile. Il piano incrociato non può fornire schermatura al 100% per le tracce di segnale. Lo scopo principale del piano di riferimento incrociato è quello di aumentare la flessibilità del circuito stampato.
Il controllo dell'impedenza nella progettazione flessibile richiede un nucleo flessibile più spesso rispetto al nucleo flessibile standard per raggiungere il valore di impedenza richiesto. Un nucleo flessibile più spesso aumenta lo spessore complessivo e riduce la piegabilità.
La configurazione microstrip superficiale lascia il posto al nucleo flessibile più sottile possibile, fornendo il massimo grado di flessibilità. La configurazione stripline consente schermatura su entrambi i lati della traccia. Tuttavia, questa configurazione aumenta significativamente lo spessore di deflessione, che a sua volta riduce la capacità di deflessione.
Il bordo flessibile è solitamente fatto di un substrato di poliimide. Rispetto ai materiali rigidi, questi substrati forniscono valori di Dk inferiori (da 3 a 3,5). Lo spessore del materiale flessibile è sempre uniforme. Questo li rende ideali per la progettazione flessibile dell'impedenza di controllo.
Esistono due tipi di materiali poliimidici: materiali a base di adesivo e materiali senza adesivo. Sia materiali adesivi che a base adesiva possono essere utilizzati per progetti CI flessibili. Tuttavia, grazie ai suoi risultati costanti, i materiali privi di leganti sono più adatti per applicazioni ad alta velocità.
Materiali avanzati come Teflon e Teflon/Polyimide ibridi sono adatti per applicazioni ad alta velocità. Questi materiali sono più costosi dei materiali poliimidici. I materiali poliimidici standard senza adesivo soddisfano i requisiti di progettazione di impedenza controllata riducendo i costi. Sierra Circuits utilizza materiali DuPont per PCB flessibili.
L'impedenza controllata è uno dei fattori chiave per ridurre al minimo i riflessi del segnale nel PCB.
