Conception de PCB

Comment atteindre le contrôle cible de l'impédance du PCB?

À mesure que les cartes de circuits imprimés deviennent plus petites et plus rapides, le contrôle de l'impédance est crucial pour gérer l'intégrité du signal. Avec des circuits fonctionnant dans la gamme GHz, même les signaux supérieurs à 100 MHz peuvent être affectés par l'impédance de trace, pouvant provoquer des erreurs difficiles à analyser. Heureusement, le contrôle d'impédance permet aux concepteurs de PCB de prendre en compte ces effets. Lorsque vous travaillez avec des conceptions à grande vitesse, contrôler l'impédance de vos cartes permet de garantir les performances dont vous avez besoin. Ce guide expliquera ce qu'est le contrôle d'impédance du PCB et comment atteindre l'impédance cible dans la conception de votre PCB.. Commençons par comprendre la signification du contrôle d'impédance du PCB.

Qu'est-ce que le contrôle d'impédance des PCB?

Le contrôle d'impédance des PCB consiste à faire correspondre l'impédance caractéristique des traces sur une carte de circuit imprimé à une impédance de conception cible.. Cela se fait en contrôlant soigneusement Trace de PCB dimensions, espacement, et routage pour créer des traces avec une impédance naturelle spécifique. Le contrôle de l'impédance empêche la réflexion du signal et les problèmes d'intégrité tels que le dépassement, sonnerie, et diaphonie, qui deviennent problématiques aux hautes fréquences dans le MHz, GHz, et au-delà. Faire correspondre l'impédance de trace à des cibles telles que 50 ohms ou 75 ohms assure une transmission propre du signal sur un PCB. Avec les circuits numériques et analogiques à grande vitesse d'aujourd'hui, la gestion de l'impédance est essentielle pour des performances optimales du circuit.

L'importance du contrôle d'impédance

Un contrôle d'impédance efficace permet aux PCB de fonctionner plus rapidement et de manière plus fiable en minimisant la distorsion du signal. Pour certaines applications haute fréquence comme les communications RF, télécommunications, et vidéo analogique haute vitesse, le maintien d'impédances cibles spécifiques sur les traces de PCB est crucial.

Alors que les signaux transmettent une trace de PCB, des différences d'impédance à différents points peuvent provoquer des réflexions nuisibles. Ces réflexions voyagent en arrière, perturber l'intégrité du signal original. Plus le décalage d'impédance est grand, plus les distorsions sont graves.

Le contrôle d'impédance correspond à l'impédance sur l'ensemble du PCB en ajustant soigneusement les dimensions et le routage des traces.. Cette adaptation d'impédance réduit les réflexions, protéger les signaux contre la corruption. Des traces plus longues ou des signaux à fréquence plus élevée nécessitent un contrôle d'impédance plus strict pour maintenir la clarté.

En concevant une mise en page appropriée, Les concepteurs de PCB peuvent améliorer l'adaptation d'impédance et l'intégrité du signal. Un contrôle méticuleux de l'impédance permet aux PCB de fonctionner de manière robuste même à des fréquences GHz pour l'électronique haute vitesse d'aujourd'hui.

Quels facteurs ont un impact sur le contrôle de l'impédance des PCB?

Plusieurs éléments de conception clés ont un impact sur l'impédance de trace d'un PCB et doivent être pris en compte pour un contrôle efficace de l'impédance.:

  • Largeur de trace

La largeur de la trace de cuivre est un facteur majeur dans le contrôle de l'impédance. Des traces plus larges signifient une impédance plus faible, tandis que des traces plus étroites augmentent l'impédance. Les traces doivent maintenir des largeurs constantes sur toute leur longueur pour préserver l'impédance. Les variations de largeur de trace perturberont l'uniformité de l'impédance.

  • Épaisseur de cuivre

Un cuivre plus épais réduit l'impédance en raison d'une meilleure conductivité. Mais la gravure et le placage deviennent plus difficiles avec du cuivre extrêmement épais.. La plupart des PCB utilisent 1-2 onces de cuivre, fournissant une épaisseur appropriée pour une impédance contrôlée tout en permettant la fabrication.

  • Épaisseur diélectrique

L'épaisseur diélectrique entre la trace et le plan de référence influence également l'impédance. Les diélectriques épais augmentent l'impédance, mais pas linéairement. UNE 100% l'augmentation du diélectrique ne fait qu'augmenter l'impédance 20-25%. Un contrôle plus strict est nécessaire pour les diélectriques minces où de petites variations font une plus grande différence.

  • Constante diélectrique

le constante diélectrique (Ne sait pas) du matériau de base isolant a un impact sur la façon dont les signaux se propagent à travers le PCB. Matériaux avec Dk stable ci-dessous 3 sont les meilleurs pour une impédance contrôlée aux hautes fréquences. Des matériaux comme le FR-4 avec un Dk plus élevé peuvent conduire à un contrôle d'impédance incohérent.

Méthodes pour obtenir un contrôle d'impédance cible

Lors de la conception de circuits imprimés, le contrôle de l'impédance est crucial pour le bon fonctionnement, surtout pour les hautes fréquences ou grande vitesse PCB. Voici quelques techniques que les concepteurs de PCB peuvent utiliser:

  1. Indiquer clairement les signaux à impédance contrôlée

Lors de la conception d'une carte de circuit imprimé, il est sage pour le concepteur d'indiquer clairement quels signaux nécessitent une impédance contrôlée. Cela peut être fait en incluant une fiche technique du composant qui spécifie la classe de signal et l'impédance correspondante pour chaque pièce.. Le concepteur doit également noter la couche préférée pour acheminer chaque trace de signal., ainsi que les règles d'espacement qui doivent être suivies entre les traces transportant des signaux différents.

  1. Choisir la bonne ligne de transmission

Lors de la création de PCB pour des applications haute fréquence, Choisir la bonne structure de ligne de transmission est essentiel.

Les lignes microruban placent la trace du signal sur la couche externe au-dessus d'un plan de masse. Cette approche rentable fonctionne bien pour les circuits micro-ondes comme les antennes et les filtres.

Les striplines entourent la trace entre les plans de sol dans un PCB multicouche. Cela permet un contrôle d'impédance plus strict et une diaphonie réduite, mais nécessite une fabrication plus complexe.

En pesant les compromis entre les technologies microruban et stripline, les concepteurs peuvent optimiser leur sélection de lignes de transmission. Les lignes microruban exploitent les processus PCB standard, tandis que les striplines offrent de meilleures performances là où un contrôle strict de l'impédance est essentiel.

  1. Espacement approprié des traces et des composants sur les PCB

Lors de la pose de circuits imprimés, il est important de prévoir un espacement adéquat entre les traces et les composants. Cela permet de minimiser la diaphonie, qui impacte principalement les lignes de transmission microruban transportant des signaux haute fréquence.

En règle générale, les traces à impédance contrôlée doivent être espacées d'au moins 2-3 multiplié par la largeur de la ligne (2W-3W) d'autres traces sur le PCB. Pour circuits avec signaux très haute fréquence, augmentez l'espacement à au moins 5 W pour une meilleure isolation. Également, maintenir une distance minimale de 30 mils entre les traces à impédance contrôlée et d'autres types de traces ou composants.

Un espacement approprié garantit l'intégrité de l'impédance et réduit le couplage entre les traces. Traces rapprochées ou traces proches d'autres Composants PCB peut avoir un impact négatif sur les performances. Le respect des directives d'espacement permet de maintenir l'intégrité du signal et d'éviter des problèmes tels que la diaphonie.

  1. Faire correspondre les longueurs de trace pour l'intégrité du signal

Lors du routage de traces sur une carte de circuit imprimé, il est important de faire correspondre les longueurs des traces transportant les signaux associés. Ceci est particulièrement critique pour les signaux à grande vitesse.

Si les traces proviennent de différents points, les sections en serpentin peuvent être insérées dans des traces plus courtes pour correspondre à la longueur totale. L'objectif est de garantir que toutes les traces d'un groupe ont la même longueur physique de la source à la destination.. La correspondance des longueurs évite les problèmes de décalage temporel dus aux traces arrivant à des moments différents en raison des différences de longueur. Avec des signaux à grande vitesse, même de petites différences dans la longueur des traces peuvent causer des problèmes.

  1. Minimiser les effets de capacité sur les traces à impédance contrôlée

Lors du routage de traces à impédance contrôlée, il est préférable d'éviter de placer des composants capacitifs entre les traces. Les condensateurs et autres composants peuvent introduire des discontinuités d'impédance qui perturbent l'intégrité du signal.

Si des condensateurs doivent être utilisés, ils doivent être placés symétriquement sur toutes les traces associées. Cela permet de maintenir une charge capacitive cohérente et une propagation égale du signal entre les traces.

Le placement asymétrique des condensateurs peut provoquer des inadéquations d'impédance et des distorsions entre les signaux. La capacité finit par filtrer ou ralentir certaines traces plus que d'autres.

Mots de clôture

Réaliser un contrôle d'impédance approprié est essentiel pour l'intégrité du signal dans les conceptions de PCB à grande vitesse. En comprenant quels facteurs ont un impact sur l'impédance et en utilisant des techniques telles que le routage équilibré, correspondance de longueur, et placement correct des composants, Les concepteurs de PCB peuvent composer l'impédance cible sur l'ensemble de leur carte.

Chez MOKO Technology, nous garantissons le contrôle d'impédance dans chaque PCB que nous produisons. Notre équipe examine minutieusement les exigences d'impédance et ajuste nos processus pour atteindre l'impédance cible pour chaque conception.. Avec une expérience dans diverses applications, nous pouvons vous fournir des recommandations pour vous aider à atteindre vos objectifs d'impédance contrôlée. Nous contacter pour en savoir plus sur nos capacités de fabrication axées sur l'intégrité du signal et les performances robustes dans les circuits à grande vitesse.

Ryan Chan

Ryan est l'ingénieur électronique senior chez MOKO, avec plus de dix ans d'expérience dans cette industrie. Spécialisé dans la conception d'implantation de circuits imprimés, conception électronique, et conception embarquée, il fournit des services de conception et de développement électroniques pour des clients dans différents domaines, de l'IdO, LED, à l'électronique grand public, médical et ainsi de suite.

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