의장에서 고속 PCB 설계 그리고 RF 회로, 임피던스 연속성은 신호 무결성에 중요합니다. 특징적인 임피던스 불일치는 신호 반사로 이어질 수 있습니다, 울리는, 그리고 왜곡, 시스템 성능에 심각하게 영향을 미칩니다. 이 기사는 임피던스 불연속성의 원인을 탐구하고 엔지니어가 최적화 할 수 있도록 업계가 제공하는 솔루션을 제공합니다. PCB 디자인.
특징적인 임피던스와 그 중요성을 이해합니다
특징적인 임피던스는 핵심 개념입니다 고주파 PCB 신호 전송. IPC-2141A 표준에 따르면, 신호가 전송 라인을 따라 전파 될 때, 신호 라인과 기준 평면 사이에 전기장이 형성됩니다., 순간 전류를 만듭니다. 전송 라인이 균일 한 경우, 등가 저항이 형성됩니다, 전압 대 전류의 비율로 정의됩니다 (z = v/i). 이것이 특징적인 임피던스입니다.
특성 임피던스가 전송 경로를 따라 변할 때, 신호 반사는 불연속 시점에서 발생합니다. 이 반사는 신호 왜곡을 유발할 수 있습니다, 타이밍 오류, 및 전자기 간섭 (EMI) 문제. IEEE Research에 따르면, 임피던스 편차를 초과합니다 10% 신호 무결성을 심각하게 저하시킬 수 있습니다.
특징적인 임피던스에 영향을 미치는 주요 요인
특징적인 임피던스는 주로 4 개의 매개 변수에 의해 영향을받습니다: 유전 상수 (DK), 기판 두께 (시간), 추적 너비 (w), 그리고 구리 두께 (티). 마이크로 스트립 라인의 특징적인 임피던스 공식은:
z0 = (87 / √(εr + 1.41)) * ln(5.98시간 / (0.8w + 티))
여기서 εr는 기판의 상대 유전 상수입니다.. 이 공식, IPC-2141 표준에서 파생되었습니다, 예비 계산에 적합합니다, 그러나 전문 임피던스 계산 도구는 실제 설계에 사용해야합니다..
5 가지 일반적인 임피던스 불연속성 문제와 솔루션
1. 갑작스런 흔적 폭이 변경되고 테이퍼 라인 디자인
많은 RF 구성 요소의 패키지 크기가 적습니다, SMD 패드 너비는 잠재적으로 작습니다 12 밀, RF 신호 추적은 종종 위의 너비를 필요로합니다 50 밀. 이 크기 차이는 상당한 임피던스 불연속성을 유발합니다.
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해결책: 전환을 위해 테이퍼 라인을 사용하십시오; 갑작스러운 폭이 피하십시오. 테이퍼는 매끄러 워야합니다, 그리고 길이는 과도하지 않아야합니다. IPC-2221 지침에 따르면, 테이퍼 경사는 그 사이에 유지되어야합니다 1:3 그리고 1:5 점진적인 임피던스 변경을 보장합니다.
2. 전송 라인 코너 최적화
RF 신호 추적의 직각 구부러짐 효과적인 트레이스 너비가 증가합니다., 임피던스 불연속성 및 신호 반사로 이어집니다.
해결책: 마이터 또는 둥근 모서리를 바르십시오. 둥근 코너의 반경은 r을 만족시켜야합니다 > 3w (여기서 w는 흔적 너비입니다) 불연속성을 효과적으로 줄입니다. 45 ° 연소 된 코너는 또 다른 효과적인 방법입니다, 미터 길이는 일반적으로보다 큽니다 1.5 추적 너비의 시간.
3. 큰 패드의 용량 성 효과를 완화합니다
큰 구성 요소 패드가 50 옴 마이크로 스트립 라인에 배치 된 경우, 기생 커패시턴스를 소개합니다, 특징적인 임피던스를 방해합니다.
해결책: 개선을위한 두 가지 방법을 결합하십시오: 마이크로 스트립 기판 두께를 증가시키고 클리어런스를 만듭니다 (or “cutout”) 용량 성 효과를 줄이기 위해 패드 아래의 접지 평면에서. 클리어런스 영역은 적어도 연장되어야합니다 20 충분한 분리를 제공하기 위해 모든면의 패드를 넘어 밀어.
4. 설계를 통해 최적화 된 PCB
VIAS는 기생 매개 변수로 인한 임피던스 불연속의 주요 원인입니다., 고속 신호 전송에 영향을 미칩니다.
* 기생 커패시턴스 공식을 통해:
c = (1.41 * εr * 티 * D1) / (D2 – D1)
*여기서 t는 보드 두께입니다, D1은 비아 패드 직경입니다, D2는 항 패드 직경입니다, 그리고 εr는 유전체 상수입니다.*
* 기생 인덕턴스 공식을 통해:
l = 5.08 * 시간 * [ln(4시간 / 디) + 1]
여기서 H는 비어 길이입니다 (스터브 길이), D는 드릴 직경입니다.
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솔루션:
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패드 크기를 최소화하기 위해 패드를 통해 기술을 사용하십시오.
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방지 직경을 최적화하십시오 (일반적으로 10-20 MILS는 비아 패드보다 큽니다).
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백 링을 사용하여 스터브를 통해 비 기능을 제거하십시오.
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1GHz를 초과하는 신호의 경우, HFSS 및 최적화와 같은 도구를 사용하여 시뮬레이션 및 최적화를 수행.
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5. 구멍 동축 커넥터 최적화
홀로 동축 커넥터는 VIA와 유사한 임피던스 불연속성 문제를 제시합니다..
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해결책: VIA에 사용되는 동일한 최적화 기술을 적용하십시오, 비아 패드 포함, 적절한 팬 아웃, 및 반 패드 직경 최적화. 접지 VIA는 커넥터 주위에 균일하게 배치해야합니다 (적어도 4) 우수한지면 연속성을 보장합니다.
임피던스 제어를위한 고급 PCB 제조 기술
최신 PCB 제조는 임피던스 제어를위한 향상된 기능을 제공합니다:
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엄격하게 제어 된 라미네이션: ± 10% 이내의 공차로 균일 한 기판 두께를 보장합니다..
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레이저 직접 이미징 (LDI): 매우 정확한 추적 폭 컨트롤을 제공합니다, 최대 ± 0.2 mil의 정확도.
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표면 마감 선택: 올바른 표면 마감을 선택합니다 (예를 들어, 동의하다, 침수은) 임피던스에 미치는 영향을 최소화하는 데 도움이됩니다.
IPC-6012d에 따르면, 클래스의 임피던스 제어 공차 3 (높은 신뢰성) 제품은 ± 10% 이내에 유지해야합니다.. 일부 까다로운 응용 프로그램에는 ± 5% 이상의 더 엄격한 공차가 필요합니다..
설계 검증 및 테스트 권장 사항
임피던스 연속성을 보장합니다, 다음 조치를 구현하십시오:
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전 레이아웃 시뮬레이션: SI9000 또는 극기 기기와 같은 도구를 사용하여 임피던스 계산을 수행.
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레이아웃 후 시뮬레이션: 실제 스택 업 매개 변수로 계산을 확인하십시오.
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TDR 테스트: 시간 도메인 반사계를 사용하여 생산 후 실제 임피던스 값을 측정하십시오..
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단면 분석: 실제 유전체 두께 및 추적 폭을 확인하여 생산 라인 기능을 정기적으로 감사합니다..
결론
PCB 설계의 임피던스 불연속성은 불가피합니다, 그러나 과학 설계 방법론과 고급 제조 기술을 통해 그 영향을 최소화 할 수 있습니다.. 이 문제를 해결하기위한 열쇠는 임피던스 변화의 근본 원인을 이해하고 적절한 설계 전략을 적용하는 데 있습니다.. 고속 및 고주파 응용 분야의 경우, 숙련 된 공급 업체와 파트너 관계를 맺는 것이 좋습니다 UGPCB, 최첨단 생산 장비와 임피던스 제어에 대한 광범위한 전문 지식을 보유하고 있습니다.. 이러한 공급 업체는 PCB 제작 및 제공 할 수 있습니다 PCBA 조립 엄격한 성능 요구 사항을 충족하는 서비스.
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