Leiterplatten zur Impedanzsteuerung

Wenn ein Signal eine bestimmte Impedanz benötigt, um ordnungsgemäß zu funktionieren, sollte eine kontrollierte Impedanz bevorzugt werden. Bei Hochfrequenzanwendungen ist es wichtig, die Impedanz auf der gesamten Elektronikplatine konstant zu halten, um die übertragenen Daten vor Beschädigungen zu schützen und die Klarheit des Signals aufrechtzuerhalten. Je länger die Spur oder je höher die Frequenz, desto mehr Anpassung ist erforderlich. Jeder Mangel an Genauigkeit in dieser Phase kann die Schaltzeit für ein elektronisches Gerät oder einen Schaltkreis verlängern und unerwartete Fehler verursachen.

Eine unkontrollierte Impedanz ist schwer zu analysieren, sobald die Komponenten im Schaltkreis montiert sind. Bauteile haben je nach Charge unterschiedliche Toleranzkapazitäten. Darüber hinaus werden ihre Spezifikationen durch Temperaturschwankungen beeinflusst, was zu Fehlfunktionen führen kann. In solchen Fällen scheint der Austausch der Komponente zunächst die Lösung zu sein, tatsächlich ist jedoch die ungeeignete Leiterbahnimpedanz die Ursache des Problems.

Aus diesem Grund müssen Leiterbahnimpedanzen und deren Toleranzen frühzeitig im PCB-Design überprüft werden. Designer müssen Hand in Hand mit dem Hersteller zusammenarbeiten, um die Einhaltung der Komponentenwerte zu gewährleisten.

Es gibt einige Faktoren, die die kontrollierte Impedanz der Leiterplatte beeinflussen, darunter: Dielektrikumsdicke, Leiterbahnbreite, Kupferdicke, Dielektrizitätskonstante Er des für den Stapel ausgewählten Materials und Dicke der Lötmaske.

• Spurbreite: Je größer die Leiterbahnbreite ist, desto geringer ist die Impedanz. Je dünner die Leiterbahnbreite, desto mehr Impedanz wird geboten. Durch Erhöhen der Platinendicke wird die Impedanz erhöht, während durch Verringern der Dicke die Impedanz verringert wird.

• Dicke des Dielektrikums: Die Dicke des Dielektrikums beeinflusst auch die Impedanz. Die Durchschlagsfestigkeit eines Materials ist ein Maß für die elektrische Festigkeit eines Isolators. Sie ist definiert als die maximale Spannung, die erforderlich ist, um einen dielektrischen Durchschlag durch das Material zu erzeugen, und wird in Volt pro Dickeneinheit ausgedrückt.

• Kupferdicke: Die Kupferdicke wird auch bei der Berechnung der Leiterbahnimpedanz in Hochgeschwindigkeits- und HF-Digitalschaltungen berücksichtigt.

• Dielektrizitätskonstante: Die Dielektrizitätskonstante ist das Verhältnis der elektrischen Permittivität eines Materials zur elektrischen Permittivität im Vakuum. In einer Leiterplatte tendiert die Dielektrizitätskonstante dazu, sich umgekehrt mit der Frequenz zu ändern. Eine Leiterplatte mit einer niedrigen, stabilen Dielektrizitätskonstante eignet sich für hohe Frequenzen und kontrollierte Impedanz. Eine schwierigere Dielektrizitätskonstante kann die Impedanz oft auf unvorhersehbare Weise beeinflussen.

Trace-Leitungen sollten so kurz wie möglich gehalten werden und die Länge nach Möglichkeit reduziert werden. Wenn die Leiterbahnlängen ziemlich lang sind, sollten Abschlüsse verwendet werden, um Reflexionen zu verhindern.

Routing-Stiche und Diskontinuitäten, die zu Reflexionen und einer Verschlechterung der Signalqualität führen, sollten vermieden werden.

Stellen Sie beim Routing von Differenzpaaren sicher, dass die Signalpaare die gleiche Länge haben.

Verwendung von Rückbohrungen – bei einer dicken Rückwandplatine, bei der das Signal von der oberen Schicht zu einer der inneren Schichten geht, ist der Rest der Kupferhülse der Durchkontaktierung oder der Stift des Press-Fit-Steckers eine Stichleitung, was zu Reflexionen führt . Beim Rückbohren wird das unerwünschte Kupfer entfernt. Dabei handelt es sich um eine Technik, mit der der ungenutzte Teil oder Stumpf der Kupferhülse aus einem Durchgangsloch in einer Leiterplatte entfernt wird.

Erwägen Sie die Verwendung von Immersionssilber als Oberflächenveredelung anstelle von ENIG. Immersionssilber führt allein aufgrund des Nickelgehalts zu einem geringeren Einfügungsverlust (verlustbehaftet) als ENIG ENIG ist sehr verlustbehaftet und aufgrund des Skin-Effekts nicht sehr gut für Hochgeschwindigkeitsdesigns geeignet. Die Ebenheit des Pads ist genauso gut wie bei ENIG und es lässt sich besser bearbeiten als ENIG.

Reduzieren Sie die Größe der Antipads auf ebenen Schichten. Bei Antipads werden Pads entfernt oder Kupfer wird auf ebenen Schichten entfernt, wo das Pad nicht mit dieser Ebene verbunden sein sollte oder nicht. Manchmal ist die Anti-Pad-Größe zu groß, wodurch unnötige Hohlräume in der Ebene entstehen. Durch die etwas kleinere Verkleinerung des Anti-Pads wird eine bessere Kontinuität der Ebene erreicht, was zu einem saubereren Signal- und Rückweg führt.

Um die Signalintegrität bei PCB-Designs mit hoher Geschwindigkeit sicherzustellen, sind gute Impedanzeigenschaften in den Verbindungen der Leiterbahn erforderlich.

Diese können erst bestimmt werden, nachdem die kontrollierte Impedanz der Leiterplatte auf der Grundlage der Impedanzspezifikationen, des Layouts und des Schichtaufbaus berechnet wurde.

Sie können den Impedanzrechner online verwenden. Es hilft Ihnen bei der Berechnung Ihrer Leiterbahnbreiten, Single-Ended- oder Differenzimpedanzen – sowohl für Mikrostreifen- als auch für Streifenleitungsmodelle – und anderer Parameter wie der dielektrischen Höhe, der Dielektrizitätskonstante und der Leiterbahndicke. Das Tool bietet auch einen Leitfaden für Dielektrizitätskonstantenwerte für verschiedene PCB-Materialien.

Sie können uns auch kontaktieren, um eine Impedanzberechnung zu erhalten.

• 1. Was ist Impedanz?

  Die in Ohm gemessene Impedanz (Symbol Ω) unterscheidet sich etwas vom Widerstand. Die Impedanz ist eine Wechselstromeigenschaft, während der Widerstand eine Gleichstromeigenschaft ist. Die Impedanz wird mit zunehmender Signalfrequenz von entscheidender Bedeutung und wird typischerweise für PCB-Leiterbahnen bei Signalkomponenten von zwei- oder dreihundert MHz und mehr kritisch.

• 2. Wie funktioniert die Impedanzkontrolle?

  Bei der Impedanzkontrolle geht es darum, die erforderliche Impedanz für Leiterbahnen und Übertragungsleitungen auf Ihrer Leiterplatte festzulegen. Dies ist besonders wichtig für Signale mit höherer Geschwindigkeit und kann durch Ihr Substratmaterial, die Kupferbreite und das Routing beeinflusst werden.

• 3. Welche 3 Arten von Impedanz gibt es?

  Die Impedanz funktioniert mit Hilfe von drei Hauptelementen, nämlich Induktivität, Kondensator und Widerstand. Es vermittelt auch eine Vorstellung von den beiden Impedanzarten, also der Eingangsimpedanz und der Ausgangsimpedanz, und den Widerstandsarten, die sie bieten.

• 4. Warum ist die Impedanz in einem Stromkreis wichtig?

  Impedanz hat – wenn sie nicht richtig behandelt wird – einen bemerkenswert negativen Einfluss auf die Schaltkreisleistung. Ohne die richtige Impedanzanpassung kann es auf dem Weg von der Quelle zur Last zu Reflexionen kommen.

• 5. Warum ist eine höhere Impedanz besser?

  Die höhere Impedanz hat mehr Wicklungen in einer Spule, was zu einem besseren Motorsystem mit weniger Kompromissen führen kann, was zu einem besseren Gesamtklang und einer verbesserten Basswiedergabe führt.

• 6. Warum wird beim PCB-Layout eine Impedanz von 50 Ohm verwendet?

  50 Ohm ist der am wenigsten schlechte Kompromiss zwischen der Impedanz, die minimalem Verlust, maximaler Leistung und maximaler Spannung entspricht.

• 7. Was ist die charakteristische Impedanz bei Leiterplatten?

  Die wichtigste davon ist die charakteristische Impedanz, die einfach die Impedanz einer Übertragungsleitung auf einer Leiterplatte ist, die von jeder anderen Übertragungsleitung völlig isoliert ist. Dieser Wert beträgt normalerweise 50 Ohm, kann jedoch je nach dem in Ihrem Gerät verwendeten Signalstandard einen anderen Wert annehmen.

• 8. Was beeinflusst die Impedanz in Leiterplatten?

  Zu den Faktoren, die die Impedanzkontrolle beim PCB-Design beeinflussen, gehören die Leiterbahnbreite, die Kupferdicke, die Dielektrikumsdicke und die Dielektrizitätskonstante.

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