Rancangan Elektronik - Dimana impedance tidak boleh terus dalam PCB

Semua orang tahu bahawa impedance mesti berterusan. Selalu ada masa ketika impedance tidak boleh terus dalam rekaan PCB. Bagaimana?

Impedansi karakteristik: juga dikenali sebagai "Impedansi karakteristik", ia bukan resistensi DC, ia milik konsep transmisi jangka panjang. Dalam julat frekuensi tinggi, semasa penghantaran isyarat, di mana pinggir isyarat tiba, arus segera akan dijana antara garis isyarat dan pesawat rujukan (kuasa atau pesawat tanah) disebabkan pembangunan medan elektrik.

Jika garis penghantaran adalah isotrop, maka selama isyarat penghantaran, akan sentiasa ada arus I, dan jika voltas output isyarat adalah V, garis penghantaran akan sama dengan resistensi semasa penghantaran isyarat, saiz yang V/I, Panggil resistensi yang sama dengan keterangan Z bagi garis penghantaran.

Dalam proses penghantaran isyarat, jika pengendalian karakteristik pada laluan penghantaran berubah, isyarat akan refleks pada nod di mana pengendalian berhenti. Faktor yang mempengaruhi impedance karakteristik adalah: konstan dielektrik, tebal dielektrik, lebar garis, dan tebal foli tembaga.

[1] Garis gradien

Beberapa pakej peranti RF kecil, lebar pad SMD mungkin sebanyak 12 mils, dan lebar garis isyarat RF mungkin mencapai 50 mils atau lebih. Garis gradien mesti digunakan, dan mutasi lebar baris dilarang. Garis gradien adalah seperti yang dipaparkan dalam figur, dan garis bahagian transisi tidak sepatutnya terlalu panjang

[2] sudut

Jika garis isyarat RF berjalan pada sudut kanan, lebar garis yang efektif di sudut akan meningkat, dan impedance akan berhenti, menyebabkan refleksi isyarat. Untuk mengurangi keterlaluan, untuk menghadapi sudut, terdapat dua cara: mengganggu dan mengelilingi. Jejari sudut lengkung sepatutnya cukup besar, secara umum, untuk memastikan: R>3W.

Pad besar

Apabila terdapat pads besar pada garis microstrip 50-ohm, pads besar sama dengan kapasitas yang disebarkan, yang menghancurkan keterusan impedance karakteristik garis microstrip. Dua kaedah boleh diperlukan untuk memperbaiki pada masa yang sama: pertama, mempertebas garis microstrip dielektrik, dan kedua, mengosongkan pesawat tanah di bawah pad, yang boleh mengurangkan kapasitas yang disebarkan pad.

♪ via ♪

Via adalah silinder logam dilapisi di luar lubang melalui antara atas dan lapisan bawah PCB. Via isyarat sambung garis penghantaran pada lapisan berbeza. Halaman melalui adalah bahagian yang tidak digunakan dari laluan. Melalui pads adalah ruang bentuk cincin yang menyambung melalui ke garis pemindahan atas atau dalaman. Cakera pengasingan adalah kosong anular dalam setiap tenaga atau pesawat tanah untuk mencegah sirkuit pendek ke pesawat tenaga dan tanah.

Parameter parasitik vias

Selepas derivasi teori fizik yang ketat dan analisis kira-kira, model sirkuit yang sama dengan melalui boleh dipodelkan sebagai induktor tersambung dalam siri dengan kondensator grounding pada kedua-dua hujung

Model sirkuit bersamaan melalui

Ia boleh dilihat dari model sirkuit yang sama bahawa melalui diri sendiri mempunyai kapasitas parasit ke tanah. Anggap diameter melalui anti-pad ialah D2, diameter melalui pad ialah D1, tebal papan PCB ialah T, dan konstan dielektrik substrat papan ialah ε, kemudian kapasitas parasit melalui sekitar:

Kapensiti parasitik melalui boleh menyebabkan masa naik isyarat dipenjarakan dan kelajuan penghantaran memperlambat, dengan itu mengurangi kualiti isyarat. Sama seperti, botol juga mempunyai induksi parasit. Dalam PCB digital kelajuan tinggi, kerosakan disebabkan oleh induksi parasit sering lebih besar daripada kapasitasi parasit.

Induktansi siri parasit akan melemahkan kontribusi kondensator bypass, dengan itu melemahkan kesan penapisan seluruh sistem kuasa. Anggap L ialah induktan laluan, h ialah panjang laluan, dan d ialah diameter lubang tengah. Induktan parasitik kira-kira melalui adalah sama dengan:

Vias adalah salah satu faktor penting yang menyebabkan penghentian impedance di saluran RF. Jika frekuensi isyarat lebih besar daripada 1GHz, kesan botol mesti dianggap.

Kaedah umum untuk mengurangi ketidakberhenti melalui impedance termasuk: mengadopsi proses tanpa cakera, memilih kaedah keluar, dan optimizasi diameter anti-pad. Memoptimumkan diameter anti-pad adalah salah satu kaedah yang paling biasa digunakan untuk mengurangi kegagalan impedance. Oleh kerana ciri-ciri vias berkaitan dengan dimensi struktur seperti terbuka, pad, anti-pad, struktur laminasi, dan kaedah kabel, disarankan HFSS dan Optimetrics digunakan untuk simulasi optimasi mengikut situasi khusus semasa setiap rancangan.

Apabila menggunakan model parametrik, proses pemodelan adalah mudah. Semasa ulasan, perancang PCB diperlukan untuk menyediakan dokumen simulasi yang sepadan.

Diameter melalui, diameter pad, kedalaman, dan anti pad semua akan membawa perubahan, yang mengakibatkan kesusahan impedance, refleksi dan kerugian penyisihan.

Melalui sambungan koaksial lubang

Sama seperti struktur melalui, sambungan koaksial melalui lubang juga mempunyai penghentian impedance, jadi penyelesaian adalah sama dengan penyelesaian melalui. Kaedah yang biasa digunakan untuk mengurangi ketidaksengajaan pengendalian bagi sambungan koaksial melalui lubang juga: mengadopsi proses tanpa cakera, kaedah keluar yang sesuai, dan optimizasi diameter anti-pad.