Hrají na honěnou s malým dítětem nás může naučit hodně o PCB design. Dobře, nemusíte mi věřit, ale dovolte mi ukázat vám: házení míčem na jinou osobu na správnou rychlost a zasáhnout cíl vyžaduje ruka-oko koordinaci, svalovou sílu a povědomí o základních fyzikálních mechaniky. Většina z nás v házení moc nepřemýšlí, ale pro dítě se uchopení těchto základů někdy jeví jako lezení na nepřekonatelnou horu.
sada dovedností návrhu PCB je ve skutečnosti docela podobná. Ať už se jedná o mapování, kde jsou cílová místa, nebo o lokalizaci zvláště problematických nebo zranitelných částí, myšlenkové procesy jsou paralelní. Signály také musí dorazit včas a na cíl. Základní, učebnicové koncepty, které někdy považujeme za samozřejmost, se mohou při ignorování objevit, ale mohou také nabídnout řešení.
proč je impedanční přizpůsobení důležité? Neodpovídající Impedance způsobuje problémy
zde je zpráva blesk: PCB design se stal složitější. Ať už na spotřebitelském nebo průmyslovém trhu, vysokorychlostní a vysokofrekvenční zařízení se staly normou. A to je jen začátek.
když pracujeme s těmito ultra-vysokofrekvenčními návrhy, musíme zohlednit základy. Jako příklad, impedanční přizpůsobení se často stalo nápadem pro konstrukční týmy pracující s nižšími a středními frekvencemi. Impedanční přizpůsobení však zpochybňuje návrh RF a mikrovlnného obvodu, protože okno pro chybu se snižuje se zvyšující se frekvencí. Vysokorychlostní digitální obvody vyžadují velmi stabilní řízené impedance kvůli dopadu na bitovou chybovost a potenciál pro zkreslení pulsu, odraz, a EMI.
Správné funkci obvodu závisí na impedanční přizpůsobení—nebo schopnost obvodu, aby efektivně převod signálů ze zdroje do směrování a pak ze směrování na zatížení. Impedance—pokud není správně ošetřena-má pozoruhodně negativní dopad na výkon obvodu. Bez správného přizpůsobení impedance mohou existovat odrazy podél cesty od zdroje k zátěži.
Dokud útlum nastane, signály vesele množit a zpět do stopy a v rozporu s vysílaného signálu. Odrazy a stojaté vlny ve vysokofrekvenčních linkách se mísí s požadovanými signály—a tvoří čarodějnický nápoj amplitudy a fázového zkreslení. Přímé výsledky tohoto rušení zahrnují chvění dat a snížení poměru signál-šum. Jak se vzdálenost od zdroje k zatížení zvyšuje, stojaté vlny způsobují impedanci odlivu a toku.
Impedance odpovídající základy
dobrý PCB design vyžaduje pozornost k základům. Při zvažování dopadu impedance na obvod, musíme zvážit základní vztahy mezi odporem, reaktance, a impedance.
i Když můžete samozřejmě ručně vyzkoušet své jednotlivé desky, KOŘENÍ simulátor může pomoci věci urychlit.
každý ví, že odpor je proti stálému elektrickému proudu a v důsledku toho snižuje energii. Reaktance měří odpor vůči proudu způsobenému kapacitou nebo indukčností. Zatímco dokonalý odpor se nemění s frekvencí, dopad měnících se frekvencí na kondenzátor nebo induktor způsobuje změnu indukční (XL) nebo kapacitní (XC) reaktance s frekvencí střídavého signálu.
s ohledem na všechny tyto věci uděláme skok na impedanci. Víme, že impedance je úplným opakem zařízení nebo obvodu k toku střídavého proudu. Kromě toho také víme, že impedance kondenzátoru má nepřímo úměrný vztah k kapacitní zatímco impedance induktor má přímý vztah s indukčností.
použití účel Impedance znalosti
kde se všechny tyto skvělé informace o učebnicových základů připojit k návrhu PCB? Bez ohledu na velikost PCB tvoří stopy přenosové vedení. Charakteristická impedance (zo) představuje konstantní impedanci linky bez odrazivých vln. Když obvod vysílá signál a přenosové vlny dosáhnou zátěže, reflexní vlny cestují zpět ke zdroji a vstupní impedance přenosového vedení se mění s přidáním odražených vln.
Naším cílem s přizpůsobením impedance je, aby impedance zátěže vypadala jako impedance zdroje. Abychom dosáhli efektivního přenosu signálu, musíme zasáhnout charakteristický impedanční cíl impedance 50 Ω-sladké místo pro efektivní přenos signálu. Dochází k několika odrazům signálu. Dobré postupy návrhu PCB usilují o dosažení charakteristické impedance 50 Ω na spojích přenosového vedení, spojích komponent a terminátorech.
porovnáním impedancí v celém obvodu se získá požadovaný poměr stojatých vln nízkého napětí (VSWR). Nízké obvody VSWR přenášejí maximální množství energie ze zdroje na zátěž. Je toho víc. Digitální obvody dodat požadovaný výkon, protože krátké přechodové časy a vysoké hodinové sazby. Zařízení a zařízení mají lepší schopnosti díky rychlejšímu sekvenčnímu přenosu signálů. Neustále se zvyšující rychlost přepínání signálu vyžaduje další pohled na řízení impedance přenosových vedení/Stop PCB.
řízení Impedance brzy s SPICE
ovládání impedance PCB začíná vědět, jak různé proměnné ovlivňují výkon obvodu. Tyto proměnné zahrnují dielektrickou konstantu, dielektrickou výšku, tloušťku stopy, tloušťku substrátu a šířku stopy. Zamysleme se na chvíli nad těmito proměnnými. Každý z nich zahrnuje fyzickou geometrii, která vytváří indukčnost jednotky.
s tolika možností komponent k dispozici, design může být obtížné řídit.
nyní se vše začíná spojovat. Dielektrická konstanta je poměr permitivity dielektrika k permitivitě vakua. Permitivita popisuje účinek mědi na elektrické pole a permitivita ukazuje schopnost materiálu polarizovat v reakci na aplikované pole. Zvyšující se polarizace v aplikovaném poli se stanovenou pevností způsobuje zvýšení dielektrické konstanty.
s jakýmkoli PCB, konstrukce trasování nebo materiály použité pro trasování mohou způsobit změnu hodnot impedance. Náhlé změny směru trasování způsobují změny impedance. Dielektrická konstanta se může také měnit po celé délce nebo šířce stopy PCB nebo kvůli změnám frekvence a teploty. Každá odchylka ovlivňuje charakteristickou impedanci RF obvodu. Změny impedance mohou snížit zisk signálu, generovat šum nebo způsobit náhodné chyby.
řízená impedanční linka nastane, pokud návrh PCB má specifickou charakteristickou impedanci po celé délce stopy. Protože kapacita nastává jako funkce relativní permitivity dielektrického materiálu, můžeme impedanci řídit stopou, která má jednotnou geometrii průřezu a konzistentní permitivitu. S nárůstem kapacity se charakteristická impedance snižuje. Pokud jde o design, změna charakteristické impedance ovlivňuje naše schopnosti přizpůsobení impedance. Materiály s nižší dielektrickou konstantou vyžadují zvýšení šířky vodiče, aby se zachovala charakteristická impedance a snížila se možnost ztráty.
se silným rozvržením software, budete moci pracovat přes impedance odpovídající brzy v návrhu iterací a vytvářet obvody, které jsou zásadně bezpečnější. Naštěstí má Cadence více než dost, aby zajistila, že Vaše procesy návrhu a analýzy budou integrovány s co nejmenším narušením. OrCAD vám umožňuje posunout vaše návrhy na další úroveň zabezpečení signálu pomocí silných simulačních a analytických systémů.
pokud se chcete dozvědět více o tom, jak má Cadence pro vás řešení, promluvte si s námi a naším týmem odborníků.
o autorovi
Cadence PCB solutions je kompletní návrhový nástroj zepředu dozadu, který umožňuje rychlou a efektivní tvorbu produktu. Cadence umožňuje uživatelům přesně zkrátit konstrukční cykly a předat je výrobě prostřednictvím moderního průmyslového standardu IPC-2581.
sledovat na Linkedin navštivte webové stránky více obsahu Cadence PCB Solutions