Jocul de captură cu un copil mic ne poate învăța multe despre designul PCB. Bine, nu trebuie să mă credeți, dar permiteți-mi să vă arăt: aruncarea mingii către o altă persoană la viteza potrivită și lovirea țintei necesită coordonare mână-ochi, forță musculară și conștientizarea mecanicii fizice fundamentale. Cei mai mulți dintre noi nu ne gândim prea mult la aruncare, dar pentru un copil, apucarea acestor fundamente pare uneori ca urcarea unui munte insurmontabil.
setul de abilități de proiectare PCB este, de fapt, destul de similar. Fie că este vorba de cartografierea locațiilor țintă sau de localizarea secțiunilor deosebit de problematice sau vulnerabile, procesele de gândire sunt paralele. Semnalele, de asemenea, trebuie să ajungă la timp și la țintă. Conceptele fundamentale ale manualelor pe care le luăm uneori de la sine pot fi mari atunci când sunt ignorate, dar pot oferi și soluții.
de ce este importantă potrivirea impedanței? Impedanța necorespunzătoare cauzează probleme
Iată un flash de știri: designul PCB a devenit mai complex. Indiferent dacă pe piața consumatorilor sau a industriei, dispozitivele de mare viteză și de înaltă frecvență au devenit norma. Și acesta este doar începutul.
când lucrăm cu aceste modele de frecvență ultra-înaltă, trebuie să ținem cont de elementele fundamentale. De exemplu, potrivirea impedanței a devenit adesea o gândire ulterioară pentru echipele de proiectare care lucrează cu frecvențe mai mici și medii. Cu toate acestea, potrivirea impedanței provoacă proiectarea circuitului RF și a microundelor, deoarece fereastra de eroare scade pe măsură ce frecvența crește. Circuitele digitale de mare viteză necesită impedanțe controlate foarte stabile din cauza impactului asupra ratei de eroare a bitului și a potențialului de distorsiune a pulsului, reflecție și EMI.
funcționarea corectă a circuitului depinde de potrivirea impedanței—sau de capacitatea circuitului de a transfera eficient semnalele de la sursă în rutare și apoi de la rutare la sarcină. Impedanța-dacă nu este tratată corect-are un impact remarcabil negativ asupra performanței circuitului. Fără potrivirea impedanței corespunzătoare, reflexiile pot exista de-a lungul căii de la sursă la sarcină.
până când apare atenuarea, semnalele se propagă fericit înainte și înapoi în urmă și interferează cu semnalul transmis. Reflecțiile și undele în picioare în liniile de înaltă frecvență se amestecă cu semnalele dorite—și formează o vrăjitoare de amplitudine și distorsiune de fază. Rezultatele directe ale acestei interferențe includ bruiajul de date și o reducere a raportului semnal-zgomot. Pe măsură ce Distanța de la sursă la încărcare crește, undele în picioare determină impedanța la reflux și curgere.
Impedanta de potrivire fundamentele
bun PCB design necesită o atenție la fundamentele. Când luăm în considerare impactul impedanței asupra unui circuit, trebuie să luăm în considerare relațiile fundamentale dintre rezistență, reactanță și impedanță.
în timp ce cu siguranță puteți testa manual plăcile individuale, un simulator de condimente ar putea ajuta la accelerarea lucrurilor.
toată lumea știe că o rezistență se opune unui curent electric constant și—ca urmare—reduce energia. Reactanța măsoară opoziția la curent cauzată de o capacitate sau o inductanță. În timp ce o rezistență perfectă nu variază în funcție de frecvență, impactul schimbării frecvențelor asupra unui condensator sau a unui inductor determină modificarea reactanței inductive (XL) sau capacitive (XC) cu frecvența unui semnal de curent alternativ.
cu toate aceste lucruri în minte, să facem saltul la impedanță. Știm că impedanța este opusul total al unui dispozitiv sau circuit față de fluxul unui curent alternativ. În plus, știm, de asemenea, că impedanța unui condensator are o relație invers proporțională cu capacitatea, în timp ce impedanța unui inductor are o relație directă cu inductanța.
aplicarea scopului cunoașterii impedanței
unde se conectează toate aceste informații grozave despre fundamentele manualelor la proiectarea PCB? Indiferent de dimensiunea PCB-ului, urmele formează linii de transmisie. Impedanța caracteristică (Zo) reprezintă impedanța constantă a unei linii fără unde reflectorizante. Când un circuit transmite un semnal și undele de transmisie ajung la sarcină, undele de reflexie se deplasează înapoi la sursă și impedanța de intrare a liniei de transmisie se schimbă odată cu adăugarea undelor reflectate.
scopul nostru cu potrivirea impedanței este de a face impedanța de sarcină să pară impedanța sursă. Pentru a realiza un transfer eficient de semnal, trebuie să atingem o țintă caracteristică de impedanță de 50-impedanță de centimi-locul dulce pentru un transfer eficient de semnal. Apar puține reflecții ale semnalului. Bunele practici de proiectare a PCB încearcă să obțină o impedanță caracteristică de 50 de centi la joncțiunile liniei de transmisie, conexiunile componentelor și terminatoarele.
potrivirea impedanțelor pe tot circuitul produce un raport de undă de joasă tensiune dorit (VSWR). Circuitele VSWR scăzute transferă cantitatea maximă de energie de la sursă la sarcină. Mai e ceva. Circuitele digitale oferă performanța dorită din cauza timpilor de tranziție scurți și a ratelor ridicate de ceas. Dispozitivele și aparatele au capacități mai bune datorită transferului mai rapid și secvențial al semnalelor. Creșterea constantă a vitezelor de comutare a semnalului necesită o altă privire la controlul impedanței liniilor de transmisie / urmelor PCB.
impedanța de Control timpurie cu SPICE
controlul impedanței PCB începe cu cunoașterea modului în care diferite variabile afectează performanța circuitului. Aceste variabile includ constanta dielectrică, înălțimea dielectrică, grosimea urmelor, grosimea substratului și lățimea urmelor. Să ne gândim la aceste variabile pentru un moment. Fiecare implică geometria fizică care produce inductanța unității de lungime.
cu atât de multe opțiuni de componente disponibile, design poate fi dificil de a gestiona.
acum, totul începe să se unească. Constanta dielectrică este raportul dintre permitivitatea dielectricului și permitivitatea unui vid. Permitivitatea descrie efectul cuprului asupra unui câmp electric, iar permitivitatea arată capacitatea unui material de a polariza ca răspuns la un câmp aplicat. Creșterea polarizării într-un câmp aplicat cu o rezistență stabilită determină creșterea constantei dielectrice.
cu orice PCB, proiectarea urmelor sau materialele utilizate pentru urmărire pot determina modificarea valorilor impedanței. Modificările bruște ale direcției de urmărire determină modificări ale impedanței. Constanta dielectrică se poate schimba, de asemenea, pe lungimea sau lățimea unei urme de PCB sau din cauza schimbărilor de frecvență și temperatură. Fiecare varianță afectează impedanța caracteristică a unui circuit RF. Modificările impedanței pot reduce câștigul semnalului, pot genera zgomot sau pot provoca erori aleatorii.
o linie de impedanță controlată apare dacă un design PCB are o impedanță caracteristică specifică pe toată lungimea unei urme. Deoarece capacitatea apare în funcție de permitivitatea relativă a materialului dielectric, putem controla impedanța cu o urmă care are o geometrie uniformă a secțiunii transversale și o permitivitate consistentă. Odată cu creșterea capacității, impedanța caracteristică scade. În ceea ce privește designul, schimbarea impedanței caracteristice afectează capacitățile noastre de potrivire a impedanței. Materialele cu o constantă dielectrică mai mică necesită o creștere a lățimii conductorului pentru a menține impedanța caracteristică și a reduce posibilitatea pierderii.
cu un software puternic de aspect, veți putea să lucrați prin potrivirea impedanței la începutul iterațiilor de proiectare și să creați circuite care sunt fundamental mai sigure. Din fericire, Cadence are mai mult decât suficient pentru a vă asigura că procesele de proiectare și analiză sunt integrate cu cât mai puține perturbări. OrCAD vă permite să vă duceți desenele la nivelul următor în securitatea semnalului cu sistemele sale puternice de simulare și analiză.
dacă doriți să aflați mai multe despre modul în care Cadence are soluția pentru dvs., discutați cu noi și cu echipa noastră de experți.
despre autor
Cadence PCB solutions este un instrument complet de proiectare față în spate pentru a permite crearea rapidă și eficientă a produsului. Cadența permite utilizatorilor să scurteze cu exactitate ciclurile de proiectare pentru a preda fabricației prin standardul modern IPC-2581.
urmăriți pe Linkedin vizitați site-ul web mai mult conținut de Cadence PCB Solutions