Czym jest impedancja śladowa?

Miedź jest preferowanym materiałem na przewody i ścieżki w płytkach drukowanych ze względu na swoją niską rezystancję, ustępującą jedynie srebru. Po umieszczeniu omomierza nad ścieżką, rezystancja dla prądu stałego jest pomijalna. Nie dotyczy to jednak impedancji dla prądu przemiennego. Impedancja zależy od częstotliwości, a wszystkie przewody i ścieżki generują pewną impedancję dla prądu płynącego z dowolnego sterownika. Chociaż impedancja ścieżki zazwyczaj staje się problemem dopiero przy szybkim narastaniu sygnału, kluczowe jest, aby być świadomym jej istnienia i potencjalnego wpływu. Ale dlaczego impedancja ścieżki jest ważna? Co ją powoduje i czy można nią sterować? Jeśli słyszałeś termin „impedancja kontrolowana”, prawdopodobnie wiesz już, że można regulować impedancję. Jednak, aby zrozumieć, jak i dlaczego, niezbędna jest podstawowa wiedza na temat natury impedancji ścieżki.

Jak działa impedancja śladowa

Każdy ślad charakteryzuje się rozproszoną indukcyjnością szeregową, która jest niemal nieodróżnialna i odwrotnie proporcjonalna do pola przekroju poprzecznego śladu. Wraz ze wzrostem czasu narastania, impedancja wynikowa staje się coraz bardziej zauważalna. Dodatkowo, każdy ślad charakteryzuje się pojemnością rozłożoną wzdłuż śladu i ścieżki powrotu sygnału, która jest określona przez szerokość śladu i dielektryk materiału między ścieżką powrotu sygnału a śladem. Ponownie, wraz ze wzrostem czasu narastania, impedancja wynikowa generowana przez prąd próbujący przepłynąć przez tę pojemność może być znaczna. Sterowniki postrzegają wszystkie ślady jako rozproszone obwody LC, a impedancja prądu przemiennego śladu wynika z tego rozproszonego obwodu LC. Nazywa się to impedancją niekontrolowaną, ponieważ nie podejmujemy próby zaprojektowania środowiska śladu z uwzględnieniem tej impedancji i pozwalamy, aby indukcyjność i pojemność zmieniały się naturalnie wzdłuż śladu. Ponieważ impedancja wynikowa zazwyczaj nie wpływa na działanie, nie ma potrzeby poświęcania czasu ani pieniędzy na opracowywanie metod jej regulacji.

Kontrolowana impedancja

Aby zaprojektować obwód o kontrolowanej impedancji, musimy użyć określonych wzorów i narzędzi programowych do obliczenia prawidłowych wartości dla każdej z tych trzech cech geometrycznych. Szerokość ścieżki i odstęp między ścieżką powrotu sygnału a ścieżką sygnału są zazwyczaj najłatwiejsze do dostosowania, podczas gdy współczynnik dielektryczny jest zazwyczaj ustalony przez materiał płytki drukowanej. Po obliczeniu niezbędnych wartości możemy je zastosować w projekcie obwodu i wyprodukować płytkę drukowaną zgodnie z tymi specyfikacjami. Projektując obwód o kontrolowanej impedancji, możemy zminimalizować odbicia i zapewnić płynne i wydajne przesyłanie sygnałów wzdłuż ścieżek bez pogorszenia lub utraty jakości sygnału. Podsumowując, kontrolowanie impedancji w obwodzie wymaga starannego kontrolowania cech geometrycznych ścieżek, w tym szerokości, odstępów i współczynnika dielektrycznego. W ten sposób możemy stworzyć obwód, który utrzymuje stałą impedancję na całej długości ścieżki, co prowadzi do poprawy jakości i wydajności sygnału.

Jak określić impedancję ścieżki PCB

Aby zapewnić kontrolowaną impedancję na płytkach drukowanych, niezbędny jest dokładny pomiar impedancji. Kalkulatory impedancji ścieżek można znaleźć w Internecie lub w oprogramowaniu CAD. Uwzględniają one kilka parametrów określających impedancję, takich jak szerokość ścieżki, jej grubość, grubość laminatu, grubość dielektryka i masa miedzi. Po obliczeniu tych parametrów można dostosować szerokość ścieżki, aby uzyskać pożądaną impedancję. Aby przetestować skuteczność płytki, zaleca się użycie próbek testowych wyprodukowanych na tym samym panelu i w tym samym czasie co sama płytka. Ścieżki tych próbek testowych powinny być identyczne ze ścieżkami na płytce, aby uzyskać dokładny wynik testu. Aby wyprodukować płytki drukowane o kontrolowanej impedancji, ważny jest dokładny pomiar impedancji. Próbki testowe są umieszczane na obu końcach panelu produkcyjnego, co pozwala testerom na pomiar impedancji bez uszkadzania płytki. Impedancję można zmierzyć za pomocą reflektometru w dziedzinie czasu (TDR), analizatora sieci lub systemu pomiaru impedancji kontrolowanej. Inżynier z doświadczeniem w stosowaniu systemów pomiaru impedancji kontrolowanej zapewni wysoką jakość wyników. Jeśli potrzebujesz więcej informacji lub chcesz zamówić płytki PCB o kontrolowanej impedancji dla swojej branży, skontaktuj się z firmą Sprintpcb już dziś.