Giocare a prendere con un bambino piccolo può insegnarci molto sulla progettazione di PCB. Va bene, non devi credermi, ma lascia che ti mostri: lanciare la palla ad un’altra persona alla giusta velocità e colpire il bersaglio richiede coordinazione occhio-mano, forza muscolare e consapevolezza della meccanica fisica fondamentale. La maggior parte di noi non pensa molto nel lancio, ma per un bambino, afferrare questi fondamentali a volte sembra scalare una montagna insormontabile.
Il set di abilità di progettazione PCB è, infatti, abbastanza simile. Che si tratti di mappare le posizioni di destinazione o di individuare sezioni particolarmente problematiche o vulnerabili, i processi di pensiero sono paralleli. Anche i segnali devono arrivare in tempo e sul bersaglio. Concetti fondamentali e da manuale che a volte diamo per scontati possono apparire grandi quando ignorati, ma possono anche offrire soluzioni.
Perché l’adattamento di impedenza è importante? L’impedenza non corrispondente causa problemi
Ecco una notizia flash: la progettazione di PCB è diventata più complessa. Sia nel mercato consumer che industriale, i dispositivi ad alta velocità e ad alta frequenza sono diventati la norma. E questo è solo l’inizio.
Quando lavoriamo con questi progetti ad altissima frequenza, dobbiamo tenere conto dei fondamenti. Ad esempio, l’adattamento di impedenza spesso è diventato un ripensamento per i team di progettazione che lavorano con frequenze inferiori e medie. Tuttavia, l’adattamento di impedenza sfida la progettazione di circuiti RF e microonde perché la finestra per l’errore diminuisce all’aumentare della frequenza. I circuiti digitali ad alta velocità richiedono impedenze controllate molto stabili a causa dell’impatto sul tasso di errore in bit e del potenziale di distorsione, riflessione ed EMI degli impulsi.
Il corretto funzionamento del circuito dipende dalla corrispondenza di impedenza o dalla capacità del circuito di trasferire in modo efficiente i segnali dalla sorgente al routing e quindi dal routing al carico. L’impedenza—se non trattata correttamente-ha un impatto notevolmente negativo sulle prestazioni del circuito. Senza il corretto adattamento di impedenza, le riflessioni possono esistere lungo il percorso dalla sorgente al carico.
Fino a quando non si verifica l’attenuazione, i segnali si propagano felicemente avanti e indietro nella traccia e interferiscono con il segnale trasmesso. Riflessioni e onde stazionarie in linee ad alta frequenza si mescolano con i segnali desiderati-e formano una birra strega di ampiezza e distorsione di fase. I risultati diretti di questa interferenza includono il jitter dei dati e una riduzione del rapporto segnale-rumore. All’aumentare della distanza dalla sorgente al carico, le onde stazionarie causano impedenza al riflusso e al flusso.
Fondamenti di adattamento di impedenza
Buona progettazione PCB richiede attenzione ai fondamentali. Quando si considera l’impatto dell’impedenza su un circuito, dobbiamo considerare le relazioni fondamentali tra resistenza, reattanza e impedenza.
Mentre si può certamente testare a mano le singole schede, un simulatore di spezie potrebbe aiutare a velocizzare le cose.
Tutti sanno che una resistenza si oppone a una corrente elettrica costante e—di conseguenza—riduce l’energia. La reattanza misura l’opposizione alla corrente causata da una capacità o da un’induttanza. Mentre una resistenza perfetta non varia con la frequenza, l’impatto di cambiare le frequenze su un condensatore o un induttore provoca reattanza induttiva (XL) o capacitiva (XC) a cambiare con la frequenza di un segnale AC.
Con tutte queste cose in mente, facciamo il salto all’impedenza. Sappiamo che l’impedenza è l’opposto totale di un dispositivo o circuito al flusso di una corrente alternata. Inoltre, sappiamo anche che l’impedenza di un condensatore ha una relazione inversamente proporzionale alla capacità mentre l’impedenza di un induttore ha una relazione diretta con l’induttanza.
Applicare lo scopo alla conoscenza dell’impedenza
Dove si collegano tutte queste grandi informazioni sui fondamenti dei libri di testo alla progettazione di PCB? Non importa la dimensione del PCB, le tracce formano linee di trasmissione. Impedenza caratteristica (Zo) rappresenta l’impedenza costante di una linea senza onde riflettenti. Quando un circuito trasmette un segnale e le onde di trasmissione raggiungono il carico, le onde di riflessione tornano alla sorgente e l’impedenza di ingresso della linea di trasmissione cambia con l’aggiunta delle onde riflesse.
Il nostro obiettivo con l’adattamento di impedenza è quello di far sembrare l’impedenza di carico come l’impedenza della sorgente. Per ottenere un trasferimento efficiente del segnale, dobbiamo raggiungere un obiettivo di impedenza caratteristica di impedenza 50-Ω – il punto debole per un trasferimento efficiente del segnale. Si verificano poche riflessioni di segnale. Buone pratiche di progettazione PCB cercano di ottenere un’impedenza caratteristica di 50 Ω alle giunzioni della linea di trasmissione, alle connessioni dei componenti e ai terminatori.
La corrispondenza delle impedenze in tutto il circuito produce un rapporto di onda stazionaria a bassa tensione (VSWR) desiderato. I circuiti VSWR bassi trasferiscono la massima quantità di potenza dalla sorgente al carico. C’e ‘ dell’altro. I circuiti digitali offrono le prestazioni desiderate a causa dei tempi di transizione brevi e delle alte frequenze di clock. I dispositivi e gli apparecchi hanno capacità migliori grazie al trasferimento sequenziale più rapido dei segnali. L’aumento costante delle velocità di commutazione del segnale richiede un altro sguardo al controllo dell’impedenza delle linee di trasmissione/tracce di PCB.
Impedenza di controllo precoce con SPICE
Controllo PCB impedenza inizia con sapere come diverse variabili influenzano le prestazioni del circuito. Queste variabili includono costante dielettrica, altezza dielettrica, spessore traccia, spessore substrato e larghezza traccia. Pensiamo a queste variabili per un momento. Ognuno comporta la geometria fisica che produce l’induttanza di lunghezza unitaria.
Con così tante scelte di componenti disponibili, il design può essere difficile da gestire.
Ora, tutto comincia a venire insieme. La costante dielettrica è il rapporto tra la permittività del dielettrico e la permittività di un vuoto. La permittività descrive l’effetto del rame su un campo elettrico e la permittività mostra la capacità di un materiale di polarizzare in risposta a un campo applicato. L’aumento della polarizzazione in un campo applicato di una forza stabilita fa aumentare la costante dielettrica.
Con qualsiasi PCB, il disegno della traccia o i materiali utilizzati per la traccia possono causare la modifica dei valori di impedenza. Cambiamenti improvvisi nella direzione della traccia causano cambiamenti nell’impedenza. Costante dielettrica può anche cambiare attraverso la lunghezza o la larghezza di una traccia PCB o a causa di variazioni di frequenza e temperatura. Ogni varianza influenza l’impedenza caratteristica di un circuito RF. Le variazioni di impedenza possono ridurre il guadagno del segnale, generare rumore o causare errori casuali.
Una linea di impedenza controllata si verifica se un progetto PCB ha un’impedenza caratteristica specifica per tutta la lunghezza di una traccia. Poiché la capacità si verifica in funzione della permittività relativa del materiale dielettrico, possiamo controllare l’impedenza con una traccia che ha una geometria della sezione trasversale uniforme e una permittività coerente. Con l’aumento della capacità, l’impedenza caratteristica diminuisce. In termini di design, il cambiamento di impedenza caratteristica influenza le nostre capacità di adattamento di impedenza. I materiali con una costante dielettrica inferiore richiedono un aumento della larghezza del conduttore per mantenere l’impedenza caratteristica e diminuire l’opportunità di perdita.
Con un potente software di layout, sarete in grado di lavorare attraverso la corrispondenza di impedenza all’inizio delle vostre iterazioni di progettazione e creare circuiti che sono fondamentalmente più sicuri. Fortunatamente, Cadence ha più che sufficiente per garantire che i processi di progettazione e analisi siano integrati con il minor disturbo possibile. OrCAD ti consente di portare i tuoi progetti al livello successivo nella sicurezza del segnale con i suoi potenti sistemi di simulazione e analisi.
Se stai cercando di saperne di più su come Cadence ha la soluzione per te, parla con noi e il nostro team di esperti.
Informazioni sull’autore
Cadence PCB solutions è uno strumento di progettazione completo da anteriore a posteriore per consentire la creazione di prodotti rapida ed efficiente. Cadence consente agli utenti di abbreviare accuratamente i cicli di progettazione per passare alla produzione attraverso il moderno standard industriale IPC-2581.
Segui su Linkedin Visita il sito Web Più contenuti di Cadence PCB Solutions