catch spelen met een jong kind kan ons veel leren over PCB design. Oké, je hoeft me niet te geloven, maar laat me je laten zien: het gooien van de bal naar een andere persoon met de juiste snelheid en het raken van het doel vereist hand-oog coördinatie, spierkracht, en bewustzijn van fundamentele fysieke mechanica. De meesten van ons denken niet veel aan gooien, maar voor een kind lijkt het grijpen van deze fundamenten soms op het beklimmen van een onoverkomelijke berg.
de vaardigheid in het ontwerpen van PCB ‘ s is in feite vrij gelijkaardig. Of het nu gaat om het in kaart brengen van waar doellocaties zijn of het lokaliseren van bijzonder problematische of kwetsbare secties, de denkprocessen zijn parallel. Ook signalen moeten op tijd en op het doel aankomen. Fundamentele, leerboekconcepten die we soms als vanzelfsprekend beschouwen, kunnen groot opdoemen wanneer ze genegeerd worden, maar kunnen ook oplossingen bieden.
Waarom is impedantie Matching belangrijk? Mismatched Impedantie veroorzaakt problemen
hier is een nieuwsflits: PCB ontwerp is complexer geworden. Of het nu in de consumenten-of industriemarkt is, hogesnelheids-en hoogfrequente apparaten zijn de norm geworden. En dit is nog maar het begin.
wanneer we werken met deze ultra-hoogfrequente ontwerpen, moeten we rekening houden met de grondbeginselen. Impedantie matching werd bijvoorbeeld vaak een bijzaak voor ontwerpteams die met lagere en middelzware frequenties werkten. Echter, impedantie matching uitdagingen RF en microgolfcircuit ontwerp omdat het venster voor fouten afneemt naarmate de frequentie toeneemt. Hoge snelheid digitale circuits vereisen zeer stabiele gecontroleerde impedanties vanwege de impact op bitfoutsnelheid en het potentieel voor pulsvervorming, reflectie en EMI.
de juiste werking van het circuit hangt af van de impedantie matching—of het vermogen van het circuit om efficiënt signalen van de bron over te brengen naar de routing en vervolgens van de routing naar de belasting. Impedantie-indien niet correct behandeld-heeft een opmerkelijk negatieve invloed op de prestaties van het circuit. Zonder de juiste impedantie matching, reflecties kunnen bestaan langs het pad van de bron naar de belasting.
totdat de verzwakking optreedt, verspreiden de signalen zich gelukkig heen en weer in het spoor en interfereren ze met het uitgezonden signaal. Reflecties en staande golven in hoogfrequente lijnen mengen zich met gewenste signalen—en vormen een heksenbrouwsel van amplitude en fasevervorming. De directe resultaten van deze interferentie omvatten gegevensjitter en een vermindering van de signaal-ruisverhouding. Naarmate de afstand van de bron tot de belasting toeneemt, veroorzaken staande golven impedantie aan eb en flow.
impedantie Matching Fundamentals
goed PCB-ontwerp vereist aandacht voor fundamentals. Bij het overwegen van de impact van impedantie op een circuit, moeten we rekening houden met de fundamentele relaties tussen weerstand, reactantie en impedantie.
terwijl u zeker uw individuele printplaten met de hand kunt testen, kan een SPICE simulator helpen om de dingen te versnellen.
iedereen weet dat een weerstand tegen een constante elektrische stroom is en daardoor de energie vermindert. Reactantie meet de weerstand tegen stroom veroorzaakt door een capaciteit of inductie. Terwijl een perfecte weerstand niet varieert met de frequentie, veroorzaakt de impact van veranderende frequenties op een condensator of een inductor inductieve (XL) of capacitieve (XC) reactantie te veranderen met de frequentie van een AC signaal.
met al deze dingen in gedachten, laten we de sprong naar impedantie maken. We weten dat impedantie het totale tegenovergestelde is van een apparaat of circuit van de stroom van een wisselstroom. Daarnaast weten we ook dat de impedantie van een condensator een omgekeerd proportionele relatie heeft met de capaciteit, terwijl de impedantie van een inductor een directe relatie heeft met de inductantie.
doeleinde toepassen op Impedantiekennis
waar is al deze geweldige informatie over de grondbeginselen van het leerboek verbonden met PCB-ontwerp? Ongeacht de grootte van de print, de sporen vormen transmissielijnen. Karakteristieke impedantie (zo) vertegenwoordigt de constante impedantie van een lijn zonder reflecterende golven. Wanneer een circuit een signaal verzendt en de transmissiegolven de belasting bereiken, reizen reflectiegolven terug naar de bron en verandert de ingangsimpedantie van de transmissielijn met de toevoeging van de gereflecteerde golven.
ons doel met impedantie matching is om de belastingsimpedantie eruit te laten zien als de bronimpedantie. Om efficiënte signaaloverdracht te bereiken, moeten we een karakteristieke impedantiedoel van 50-Ω impedantie raken-de sweet spot voor efficiënte signaaloverdracht. Er zijn weinig signaalreflecties. Goede PCB-ontwerppraktijken streven naar een karakteristieke impedantie van 50 Ω bij transmissielijnverbindingen, componentverbindingen en terminatoren.
het afstemmen van de impedanties door het hele circuit levert een gewenste laagspannings staande golfverhouding (VSWR) op. Lage VSWR-circuits brengen de maximale hoeveelheid vermogen van de bron naar de belasting. Er is meer. Digitale circuits leveren de gewenste prestaties door korte overgangstijden en hoge kloksnelheden. Apparaten en apparaten hebben betere mogelijkheden vanwege de snellere, sequentiële overdracht van signalen. Voortdurend toenemende signaalomschakelingssnelheden vereisen een andere blik op het regelen van de impedantie van de transmissielijnen/PCB sporen.
Controleimpedantie vroeg met SPICE
controle van de PCB-impedantie begint met het weten hoe verschillende variabelen de prestaties van het circuit beïnvloeden. Deze variabelen omvatten diëlektrische constante, diëlektrische hoogte, spoordikte, substraatdikte en spoorbreedte. Laten we even over die variabelen nadenken. Elk omvat fysieke geometrie die de eenheid-lengte Inductantie produceert.
met zoveel beschikbare componentkeuzes kan ontwerp lastig te beheren zijn.
nu begint alles samen te komen. De diëlektrische constante is de verhouding van de permittiviteit van het diëlektrische tot de permittiviteit van een vacuüm. Permittivity beschrijft het effect van koper op een elektrisch veld en permittivity toont het vermogen van een materiaal om te polariseren in reactie op een toegepast veld. Toenemende polarisatie in een toegepast veld van een gevestigde sterkte zorgt ervoor dat de diëlektrische constante toeneemt.
bij elke printplaat kunnen het spoorontwerp of de voor het spoor gebruikte materialen de impedantiewaarden veranderen. Plotselinge veranderingen in spoorrichting veroorzaken veranderingen in impedantie. Diëlektrische constante kan ook veranderen over de lengte of breedte van een PCB spoor of vanwege veranderingen in frequentie en temperatuur. Elke variantie beïnvloedt de karakteristieke impedantie van een RF circuit. De veranderingen in impedantie kunnen signaalversterking verlagen, ruis genereren of willekeurige fouten veroorzaken.
een gecontroleerde impedantieleiding treedt op als een PCB-ontwerp over de gehele lengte van een spoor een specifieke karakteristieke impedantie heeft. Omdat capaciteit optreedt als een functie van de relatieve permittiviteit van het diëlektrische materiaal, kunnen we de impedantie regelen met een spoor dat een uniforme dwarsdoorsnede geometrie en consistente permittiviteit heeft. Met de toename van de capaciteit neemt de karakteristieke impedantie af. Qua ontwerp beïnvloedt de verandering in karakteristieke impedantie onze impedantie matching mogelijkheden. Materialen met een lagere diëlektrische constante vereisen een toename van de geleiderbreedte om de karakteristieke impedantie te behouden en de kans op verlies te verminderen.
met een sterke lay-outsoftware kunt u al vroeg in uw ontwerp-iteraties impedantie matchen en circuits maken die fundamenteel veiliger zijn. Gelukkig heeft Cadence meer dan genoeg om ervoor te zorgen dat uw ontwerp-en analyseprocessen worden geïntegreerd met zo min mogelijk verstoring. Met OrCAD kunt u uw ontwerpen naar een hoger niveau tillen in signaalbeveiliging met zijn sterke simulatie-en analysesystemen.
als u meer wilt weten over hoe Cadence de oplossing voor u heeft, praat dan met ons en ons team van experts.
over de auteur
Cadence PCB solutions is een complete front to back design tool om snel en efficiënt product te maken. Cadans stelt gebruikers in staat om nauwkeurig ontwerpcycli te verkorten om door te geven aan de productie door middel van moderne, IPC-2581-industriestandaard.
volg op Linkedin Bezoek Website meer inhoud door Cadence PCB Solutions