Zabawa w łapanie z małym dzieckiem może nas wiele nauczyć o projektowaniu PCB. W porządku, nie musicie mi wierzyć, ale pozwólcie, że pokażę wam: rzucanie piłką do innej osoby z odpowiednią prędkością i uderzanie w cel wymaga koordynacji ręka-oko, siły mięśni i świadomości fundamentalnej mechaniki fizycznej. Większość z nas nie myśli zbyt wiele w rzucaniu, ale dla dziecka opanowanie tych podstaw wydaje się czasem jak wspinaczka na górę nie do pokonania.
zestaw umiejętności projektowania PCB jest w rzeczywistości dość podobny. Niezależnie od tego, czy mapuje się, gdzie są lokalizacje docelowe, czy lokalizuje szczególnie problematyczne lub podatne na zagrożenia sekcje, procesy myślowe są równoległe. Sygnały również muszą dotrzeć na czas i na cel. Podstawowe, podręcznikowe koncepcje, które czasami bierzemy za pewnik, mogą być duże, gdy są ignorowane, ale mogą również oferować rozwiązania.
dlaczego dopasowanie impedancji jest ważne? Niedopasowana Impedancja powoduje problemy
oto Nowina: projekt PCB stał się bardziej złożony. Niezależnie od tego, czy na rynku konsumenckim, czy przemysłowym, urządzenia o wysokiej prędkości i wysokiej częstotliwości stały się normą. A to dopiero początek.
kiedy pracujemy z tymi ultra-wysokimi częstotliwościami, musimy wziąć pod uwagę podstawy. Jako przykład, dopasowanie impedancji często stało się refleksją dla zespołów projektowych pracujących z niższymi i średnimi częstotliwościami. Jednak dopasowanie impedancji wyzwala projektowanie obwodów RF i mikrofalowych, ponieważ okno błędu zmniejsza się wraz ze wzrostem częstotliwości. Szybkie obwody cyfrowe wymagają bardzo stabilnej kontrolowanej impedancji ze względu na wpływ na współczynnik błędów bitowych i potencjał zniekształceń impulsów, odbić i EMI.
prawidłowe działanie obwodu zależy od dopasowania impedancji—lub zdolności obwodu do efektywnego przesyłania sygnałów ze źródła do routingu, a następnie z routingu do obciążenia. Impedancja – jeśli nie zostanie odpowiednio potraktowana-ma niezwykle negatywny wpływ na wydajność obwodu. Bez odpowiedniego dopasowania impedancji odbicia mogą istnieć wzdłuż ścieżki od źródła do obciążenia.
dopóki nie wystąpi tłumienie, sygnały radośnie propagują się tam iz powrotem w śladu i zakłócają przesyłany sygnał. Odbicia i fale stojące w liniach o wysokiej częstotliwości mieszają się z pożądanymi sygnałami-i tworzą efekt zniekształceń amplitudy i fazy. Bezpośrednie wyniki tej interferencji obejmują jitter danych i zmniejszenie stosunku sygnału do szumu. Wraz ze wzrostem odległości od źródła do obciążenia, fale stojące powodują impedancję odpływu i przepływu.
podstawy dopasowania impedancji
dobra konstrukcja PCB wymaga uwagi na podstawy. Rozważając wpływ impedancji na obwód, musimy wziąć pod uwagę podstawowe związki między rezystancją, reaktancją i impedancją.
chociaż z pewnością możesz ręcznie przetestować swoje poszczególne płyty, symulator przypraw może pomóc przyspieszyć wszystko.
każdy wie, że opór przeciwstawia się stałemu prądowi elektrycznemu i—w rezultacie-zmniejsza energię. Reaktancja mierzy opozycję do prądu spowodowaną pojemnością lub indukcyjnością. Podczas gdy doskonała rezystancja nie zmienia się z częstotliwością, wpływ zmiany częstotliwości na kondensator lub cewkę indukcyjną powoduje, że reaktancja indukcyjna (XL) lub pojemnościowa (XC) zmienia się z częstotliwością sygnału AC.
mając na uwadze te wszystkie rzeczy, zróbmy skok do impedancji. Wiemy, że impedancja jest całkowitym przeciwieństwem urządzenia lub obwodu do przepływu prądu przemiennego. Na dodatek, wiemy też, że impedancja kondensatora ma odwrotnie proporcjonalny związek do pojemności, podczas gdy impedancja induktora ma bezpośredni związek z indukcyjnością.
zastosowanie celu do wiedzy o impedancji
gdzie te wszystkie wspaniałe informacje o podstawach podręcznika łączą się z projektowaniem PCB? Bez względu na rozmiar płytki drukowanej ślady tworzą linie przesyłowe. Impedancja charakterystyczna (zo) oznacza stałą impedancję linii bez fal odbijających. Gdy obwód przesyła sygnał, a fale transmisyjne docierają do obciążenia, fale odbiciowe wracają do źródła, a Impedancja wejściowa linii transmisyjnej zmienia się wraz z dodaniem fal odbitych.
naszym celem z dopasowaniem impedancji jest sprawienie, aby Impedancja obciążenia wyglądała jak impedancja źródłowa. Aby uzyskać efektywny transfer sygnału, musimy trafić w charakterystyczny cel impedancji 50-Ω impedancji-sweet spot dla efektywnego transferu sygnału. Występuje niewiele odbić sygnału. Dobre praktyki projektowania PCB mają na celu osiągnięcie impedancji charakterystycznej 50 Ω na skrzyżowaniach linii przesyłowych, połączeniach komponentów i terminatorach.
dopasowanie impedancji w całym obwodzie daje pożądany stosunek fali stojącej niskiego napięcia (VSWR). Niskie obwody VSWR przenoszą maksymalną ilość mocy ze źródła na obciążenie. To nie wszystko. Układy cyfrowe zapewniają pożądaną wydajność dzięki krótkim czasom przejścia i wysokim częstotliwościom zegara. Urządzenia i urządzenia mają lepsze możliwości ze względu na szybszy, sekwencyjny transfer sygnałów. Stale rosnące prędkości przełączania sygnału wymagają innego spojrzenia na kontrolę impedancji linii przesyłowych/śladów PCB.
Kontroluj impedancję wcześnie za pomocą SPICE
kontrolowanie impedancji PCB zaczyna się od wiedzy, Jak różne zmienne wpływają na wydajność obwodu. Zmienne te obejmują stałą dielektryczną, wysokość dielektryczną, grubość śladu, grubość podłoża i szerokość śladu. Zastanówmy się przez chwilę nad tymi zmiennymi. Każda z nich obejmuje geometrię fizyczną, która wytwarza indukcyjność jednostkową.
przy tak wielu dostępnych komponentach projekt może być trudny do zarządzania.
teraz wszystko zaczyna się układać. Stała dielektryczna jest stosunkiem przenikalności dielektryka do przenikalności próżni. Przenikalność opisuje wpływ miedzi na pole elektryczne, a przenikalność pokazuje zdolność materiału do polaryzacji w odpowiedzi na zastosowane pole. Zwiększenie polaryzacji w zastosowanym polu o ustalonej wytrzymałości powoduje wzrost stałej dielektrycznej.
w przypadku dowolnej płytki drukowanej projekt śladu lub materiały użyte do śledzenia mogą powodować zmianę wartości impedancji. Nagłe zmiany kierunku śledzenia powodują zmiany impedancji. Stała dielektryczna może również zmieniać się na całej długości lub szerokości śladu PCB lub ze względu na zmiany częstotliwości i temperatury. Każda wariancja wpływa na impedancję charakterystyczną obwodu RF. Zmiany impedancji mogą obniżyć wzmocnienie sygnału, wygenerować szum lub spowodować losowe błędy.
kontrolowana linia impedancji występuje, jeśli konstrukcja PCB ma określoną impedancję charakterystyczną na całej długości śladu. Ponieważ pojemność występuje jako funkcja względnej przenikalności materiału dielektrycznego, możemy kontrolować impedancję za pomocą śladu, który ma jednolitą geometrię przekroju i spójną przenikalność. Wraz ze wzrostem pojemności impedancja charakterystyczna maleje. Pod względem konstrukcyjnym zmiana impedancji charakterystycznej wpływa na nasze możliwości dopasowania impedancji. Materiały o niższej stałej dielektrycznej wymagają zwiększenia szerokości przewodu w celu utrzymania impedancji charakterystycznej i zmniejszenia możliwości strat.
dzięki silnemu oprogramowaniu do układania będziesz w stanie pracować nad dopasowaniem impedancji na wczesnym etapie iteracji projektu i tworzyć obwody, które są zasadniczo bezpieczniejsze. Na szczęście Cadence ma wystarczająco dużo, aby zapewnić integrację procesów projektowania i analizy przy jak najmniejszym zakłóceniu. OrCAD pozwala przenieść Twoje projekty na wyższy poziom bezpieczeństwa sygnału dzięki silnym systemom symulacji i analizy.
jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o tym, jak Cadence ma dla Ciebie rozwiązanie, porozmawiaj z nami i naszym zespołem ekspertów.
o autorze
Cadence PCB solutions to kompletne narzędzie do projektowania od przodu do tyłu, umożliwiające szybkie i wydajne tworzenie produktu. Cadence umożliwia użytkownikom dokładne skrócenie cykli projektowych do przekazania do produkcji dzięki nowoczesnemu standardowi przemysłowemu IPC-2581.
Śledź na Linkedin odwiedź Stronę więcej treści Cadence PCB Solutions