at spille fangst med et lille barn kan lære os meget om PCB-design. Okay, du behøver ikke at tro mig, men lad mig vise dig: at kaste bolden til en anden person i den rigtige hastighed og ramme målet kræver hånd-øje-koordination, muskelstyrke og bevidsthed om grundlæggende fysisk mekanik. De fleste af os tænker ikke meget på at kaste, men for et barn ser det ud til at gribe disse grundlæggende ting som at klatre på et uoverstigeligt bjerg.
PCB design færdigheder sæt er faktisk ret ens. Uanset om det er at kortlægge, hvor målplaceringer er, eller lokalisere særligt problematiske eller sårbare sektioner, er tankeprocesserne parallelle. Signaler skal også ankomme til tiden og på målet. Grundlæggende, lærebogskoncepter, som vi undertiden tager for givet, kan væve store, når de ignoreres, men kan også tilbyde løsninger.
Hvorfor er impedans Matching vigtigt? Uoverensstemmende impedans forårsager problemer
her er en nyhedsflash: PCB-design er blevet mere komplekst. Uanset om det er på forbruger-eller industrimarkedet, er højhastigheds-og højfrekvente enheder blevet normen. Og det er kun begyndelsen.
når vi arbejder med disse ultrahøjfrekvente designs, skal vi tage højde for det grundlæggende. Som et eksempel blev impedans matching ofte en eftertanke for designteams, der arbejder med lavere og mellemstore frekvenser. Imidlertid udfordrer impedans matching RF-og mikrobølgekredsløbsdesign, fordi vinduet for fejl falder, når frekvensen stiger. Højhastigheds digitale kredsløb kræver meget stabile kontrollerede impedanser på grund af virkningen på bitfejlfrekvensen og potentialet for pulsforvrængning, refleksion og EMI.
korrekt kredsløbsdrift afhænger af impedansmatchning—eller kredsløbets evne til effektivt at overføre signaler fra kilden til routing og derefter fra routing til belastning. Impedans—hvis den ikke behandles korrekt-har en bemærkelsesværdig negativ indvirkning på kredsløbets ydeevne. Uden den korrekte impedanstilpasning kan refleksioner eksistere langs stien fra kilden til belastningen.
indtil dæmpning opstår, spredes signalerne lykkeligt frem og tilbage i sporet og forstyrrer det transmitterede signal. Refleksioner og stående bølger i højfrekvente linjer blandes med ønskede signaler—og danner en hekses bryg af amplitude og faseforvrængning. De direkte resultater af denne interferens inkluderer datarjitter og en reduktion i signal-til-støj-forholdet. Når afstanden fra kilden til belastningen øges, forårsager stående bølger impedans til ebbe og strømme.
impedans matchende Fundamentals
god PCB design kræver opmærksomhed på fundamentals. Når vi overvejer impedansens indvirkning på et kredsløb, skal vi overveje de grundlæggende forhold mellem modstand, reaktans og impedans.
mens du helt sikkert kan håndtest dine individuelle tavler, kan en KRYDDERISIMULATOR hjælpe med at fremskynde tingene.
alle ved, at en modstand modsætter sig en stabil elektrisk strøm og—som et resultat—reducerer energi. Reaktans måler modstanden mod strøm forårsaget af en kapacitans eller en induktans. Mens en perfekt modstand ikke varierer med frekvens, får virkningen af skiftende frekvenser på en kondensator eller en induktor induktiv (HL) eller kapacitiv (HC) reaktans til at ændre sig med frekvensen af et AC-signal.
med alle disse ting i tankerne, lad os gøre springet til impedans. Vi ved, at impedans er det samlede modsatte af en enhed eller et kredsløb til strømmen af en vekselstrøm. Derudover ved vi også, at impedansen af en kondensator har et omvendt proportionalt forhold til kapacitans, mens impedansen af en induktor har et direkte forhold til induktans.
anvendelse af formål med Impedansviden
hvor forbinder al denne fantastiske information om grundlæggende lærebog til PCB-design? Uanset størrelsen på printkortet danner sporene transmissionslinjer. Karakteristisk impedans repræsenterer den konstante impedans af en linje uden reflekterende bølger. Når et kredsløb transmitterer et signal, og transmissionsbølgerne når belastningen, rejser reflektionsbølger tilbage til kilden, og transmissionslinjens indgangsimpedans ændres med tilføjelsen af de reflekterede bølger.
vores mål med impedans matching er at gøre belastningen impedans synes at ligne kilden impedans. For at opnå effektiv signaloverførsel er vi nødt til at ramme et karakteristisk impedansmål på 50-liters impedans—det søde sted for effektiv signaloverførsel. Få signalrefleksioner forekommer. God PCB-designpraksis søger at opnå en karakteristisk impedans på 50 liter ved transmissionslinjekryds, komponentforbindelser, og terminatorer.
at matche impedanserne i hele kredsløbet giver et ønsket lavspændingsstandsbølgeforhold. Lav VVR-kredsløb overfører den maksimale mængde strøm fra kilden til belastningen. Der er mere. Digitale kredsløb leverer den ønskede ydelse på grund af korte overgangstider og høje urhastigheder. Enheder og apparater har bedre kapacitet på grund af den hurtigere, sekventielle overførsel af signaler. Konstant stigende signalomskiftningshastigheder kræver endnu et kig på at kontrollere impedansen af transmissionslinjerne/PCB-sporene.
styr impedans tidligt med SPICE
styring af PCB-impedans begynder med at vide, hvordan forskellige variabler påvirker kredsløbets ydeevne. Disse variabler omfatter Dielektrisk konstant, dielektrisk højde, spor tykkelse, substrat tykkelse og spor bredde. Lad os tænke på disse variabler et øjeblik. Hver involverer fysisk geometri, der producerer enhedens længde induktans.
med så mange tilgængelige komponentvalg kan design være vanskeligt at styre.
nu begynder alt at komme sammen. Den dielektriske konstant er forholdet mellem permittiviteten af det dielektriske til permittiviteten af et vakuum. Permittivitet beskriver kobberets virkning på et elektrisk felt, og permittivitet viser et materiales evne til at polarisere som reaktion på et anvendt felt. Forøgelse af polarisering i et anvendt felt med en etableret styrke får den dielektriske konstant til at stige.
med ethvert printkort kan sporingsdesignet eller de materialer, der bruges til sporet, få impedansværdier til at ændre sig. Pludselige ændringer i sporretning forårsager ændringer i impedans. Dielektrisk konstant kan også ændre sig over længden eller bredden af et PCB-spor eller på grund af ændringer i frekvens og temperatur. Hver varians påvirker den karakteristiske impedans af et RF-kredsløb. Ændringerne i impedans kan sænke signalforstærkning, generere støj eller forårsage tilfældige fejl.
en kontrolleret impedanslinje opstår, hvis et PCB-design har en specifik karakteristisk impedans i hele sporets længde. Fordi kapacitans forekommer som en funktion af det dielektriske materiales relative permittivitet, kan vi styre impedansen med et spor, der har en ensartet tværsnitsgeometri og ensartet permittivitet. Med stigningen i kapacitans falder den karakteristiske impedans. Med hensyn til design, ændringen i karakteristisk impedans påvirker vores impedans matching kapaciteter. Materialer med en lavere Dielektrisk konstant kræver en stigning i lederbredden for at opretholde den karakteristiske impedans og mindske muligheden for tab.
med et stærkt layoutprogram vil du være i stand til at arbejde gennem impedans matching tidligt i dine design iterationer og skabe kredsløb, der er fundamentalt mere sikre. Heldigvis har Cadence mere end nok til at sikre, at dine design-og analyseprocesser integreres med så lidt forstyrrelse som muligt. OrCAD giver dig mulighed for at tage dine designs til det næste niveau i signalsikkerhed med sine stærke simulerings-og analysesystemer.
hvis du ønsker at lære mere om, hvordan Cadence har løsningen til dig, så tal med os og vores team af eksperter.
om forfatteren
Cadence PCB solutions er en komplet front til bag design værktøj til at muliggøre hurtig og effektiv produkt skabelse. Cadence gør det muligt for brugerne nøjagtigt at forkorte designcyklusser for at aflevere til fremstilling gennem moderne IPC-2581 industristandard.
Følg på Linkedin Besøg hjemmeside mere indhold af Cadence PCB Solutions