Пеходерный импеданс разрыв? Пять практических решений и методов оптимизации

В полях Высокоскоростной дизайн печатной платы и радиочастотные цепи, Непрерывность импеданса имеет решающее значение для целостности сигнала. Характерное несоответствие импеданса может привести к отражению сигнала, кольцо, и искажение, сильно влияя на производительность системы. Эта статья углубляется в причины разрыва импеданса и предоставляет проверенные в отрасли решения, чтобы помочь инженерам оптимизировать Проекты печатных плат.

Понимание характерного импеданса и его важности

Характерный импеданс является основной концепцией в высокочастотная печатная плата передача сигнала. Согласно стандарту IPC-2141A, В качестве сигнала распространяется вдоль линии передачи, Электрическое поле сформируется между сигнальной линией и контрольной плоскостью, Создание мгновенного тока. Если линия передачи равномерна, Формируется эквивалентное сопротивление, определяется как отношение напряжения к току (Z = v/i). Это характерный импеданс.

Когда характерный импеданс изменяется вдоль пути передачи, отражение сигнала происходит в точке разрыва. Это отражение может вызвать искажение сигнала, ошибки времени, и электромагнитные помехи (Эми) проблемы. Согласно исследованию IEEE, превышающее отклонение импеданса 10% может серьезно ухудшить целостность сигнала.

Ключевые факторы, влияющие на характерный импеданс

Характерный импеданс в первую очередь влияет четыре параметра: Диэлектрическая проницаемость (Дк), толщина субстрата (час), Ширина следа (W.), и толщина меди (Т). Характерная формула импеданса для линии микрополосков может быть аппроксимирована как:
Z0 = (87 / √(εr + 1.41)) * ведущий(5.98час / (0.8W. + Т))
Где εr является относительной диэлектрической постоянной субстрата. Эта формула, получен из стандарта IPC-2141, подходит для предварительных расчетов, Но инструменты расчета профессионального импеданса должны использоваться для фактического дизайна.

Пять распространенных проблем прерывистого сопротивления и их решения

1. Внезапные изменения ширины трассиров

Многие радиочастотные компоненты имеют небольшие размеры упаковки, с шириной SMD прокладки потенциально такая маленькая, как 12 мил, В то время как радиочастотные сигналы часто требуют ширины выше 50 мил. Эта разница в размерах вызывает значительное прерывание импеданса.

• Решение: Используйте конические линии для переходов; Избегайте резких изменений ширины. Конус должен быть гладким, и его длина не должна быть чрезмерной. В соответствии с руководящими принципами IPC-2221, наклон конуса должен сохраняться между 1:3 и 1:5 Для обеспечения постепенного изменения импеданса.

2. Оптимизация угловой линии передачи

Правоугловой изгибы в радиочастотных следах увеличивают эффективную ширину трассировки, приводя к импедансу разрыва и отражению сигнала.

Решение: Нанесите рукавицы или закругленные углы. Радиус округленного угла должен удовлетворить r > 3Вт (где w - ширина трассировки) эффективно уменьшить разрыв. Уголок на 45 ° Mitered - еще один эффективный метод, с длиной миты, как правило, больше, чем 1.5 Время ширины трассировки.

3. Смягчение емкостного эффекта больших прокладков

Когда большая компонентная прокладка помещена на линию микрополосков 50 Ом, он вводит паразитическую емкость, нарушение характерного импеданса.

Решение: Объединить два метода улучшения: Увеличьте толщину подложки микрополосков и создать зазор (или “вырезать”) в плоскости земли под подушкой, чтобы уменьшить емкостный эффект. Зона очистки должна продлеваться как минимум 20 миль за пределами прокладки со всех сторон, чтобы обеспечить достаточную изоляцию.

4. Оптимизированная печатная плата с помощью дизайна

VIAS являются основным источником разрыва импеданса из -за их паразитных параметров, которые влияют на высокоскоростную передачу сигнала.
* Через паразитическую формулу емкости:
C = (1.41 * εr * Т * D1) / (D2 – D1)
*Где t - толщина доски, D1 - диаметр прокладки VIA, D2-это антибадовый диаметр, и εr - диэлектрическая постоянная.*
* Через формулу паразитической индуктивности:
L = 5.08 * час * [ведущий(4час / дюймовый) + 1]
Где h - длина виа (Длина заглушки), и D - диаметр тренировки.

• Решения:

  • Используйте технологию Via-In-Pad, чтобы минимизировать размер PAD.

  • Оптимизировать диаметр анти-палочки (обычно 10-20 миль больше, чем виа).

  • Используйте обратное бурение для удаления нефункционального через заглушку.

  • Для сигналов, превышающих 1 ГГц, Выполните симуляцию и оптимизация с использованием таких инструментов, как HFSS и оптимитрика.

5. Оптимизация коаксиального разъема через хол

Коаксиальные разъемы через хол-хол представляют аналогичные проблемы разрыва импеданса, как и VIAS.

• Решение: Примените те же методы оптимизации, используемые для VIAS, в том числе Via-in-pad, Правильный поклонник, и оптимизация диаметром анти-плиты. Заземляющие вайи должны быть равномерно размещены вокруг разъема (по меньшей мере 4) Чтобы обеспечить превосходную непрерывность земли.

Усовершенствованные технологии производства печатных плат для контроля импеданса

Современное производство печатных плат предлагает расширенные возможности для управления импедансом:

1. Строго контролируемое ламинирование: Обеспечивает однородную толщину субстрата с допусками в пределах ± 10%.

2. Лазерная прямая визуализация (LDI): Обеспечивает очень точный контроль ширины трассировки, с точностью до ± 0,2 миллиона.

3. Выбор поверхности: Выбор правильной отделки поверхности (например, СОГЛАШАТЬСЯ, Погружение серебро) помогает минимизировать его влияние на импеданс.

Согласно IPC-6012D, устойчивость к контролю над импедансом для класса 3 (высокая надежность) Продукты должны поддерживаться в пределах ± 10%. Некоторые требовательные приложения требуют еще более жестких допусков ± 5% или более строгих.

Рекомендации по проверке и тестированию дизайна

Для обеспечения непрерывности импеданса, Внедрить следующие меры:

1. Предварительное моделирование: Выполните расчеты импеданса, используя такие инструменты, как SI9000 или Polar Instruments.

2. После лайаута симуляция: Проверьте расчеты с фактическими параметрами стека.

3. Тестирование TDR: Используйте рефлектометр временной области для измерения фактических значений импеданса после производства.

4. Анализ поперечного сечения: Периодические возможности аудита производственных линий путем проверки фактической диэлектрической толщины и ширины трассировки.

Заключение

Разрешение импеданса при проектировании печатных плат неизбежно, Но его влияние может быть сведено к минимуму с помощью методологий научных проектов и передовых методов производства. Ключ к решению этой проблемы заключается в понимании основных причин изменений импеданса и применении соответствующих стратегий проектирования. Для высокоскоростных и высокочастотных приложений, Желательно сотрудничать с опытными поставщиками, такими как УГКПБ, которое обладает современным производственным оборудованием и обширным опытом в области управления импедансом. Такие поставщики способны производить изготовление платы и Сборка печатной платы Услуги, которые соответствуют строгим требованиям к производительности.

Если вы ищете профессиональное производство печатной платы и печатная плата услуги, Свяжитесь с нами для мгновенной цитаты и технической поддержки. Наша команда инженеров предоставит комплексные решения импеданса от проектирования до производства, Обеспечение того, чтобы ваш продукт достигает оптимальной производительности.