Leiterplatten zur Impedanzkontrolle

Da die Betriebsgeschwindigkeit elektronischer Schaltungen' zugenommen hat, müssen Leiterplatten über kontrollierte charakteristische Impedanzen verfügen, und die Mehrheit der Leiterplattenhersteller produzieren Leiterplatten zur Impedanzkontrolle für viele Anwendungen.

Was ist Impedanz?

Die Impedanz, gemessen in Ohm (Symbol Ω), unterscheidet sich etwas vom Widerstand. Die Impedanz ist eine AC-Charakteristik, während der Widerstand eine DC-Charakteristik ist. Die Impedanz wird mit zunehmender Signalfrequenz wesentlich und wird typischerweise für PCB-Leiterbahnen bei Signalkomponenten von zwei- oder dreihundert MHz und darüber kritisch.

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Was ist kontrollierte Impedanz?

Bei hohen Frequenzen verhalten sich PCB-Leiterbahnen nicht wie einfache Verbindungen. Wenn Leiterbahnen der Leiterplatte Signale mit hohen Frequenzen tragen, muss der Leiterplattenhersteller darauf achten, dass die Leiterbahnen der Impedanz der Treiber- und Empfängergeräte entsprechen. Je länger die Leiterbahn oder je höher die beteiligten Frequenzen sind, desto größer ist die Notwendigkeit, die Leiterbahnimpedanz zu steuern. Die kontrollierte Impedanz hilft uns sicherzustellen, dass Signale nicht beeinträchtigt werden, wenn sie um eine Leiterplatte herum geleitet werden. Der Leiterplattenhersteller steuert die Impedanz durch Variieren der Abmessungen und des Abstands der jeweiligen Leiterbahn oder des Laminats.

Kennenlernen der charakteristischen Impedanz in Ihren Schaltungen und Leiterplatten

Eine PCB-Leiterbahnimpedanz verfügt über mehrere Merkmale, die in Bezug auf die Impedanz zu untersuchen sind. Zu den Merkmalen einer 50-Ohm-Leiterbahn-Leiterplatten-Designimpedanz gehören: Dielektrizitätskonstante, Länge, Breite, Höhe, PCB-Fertigungsgrenzen/-toleranzen und der Abstand zwischen der Leiterbahn und anderen Kupfermerkmalen.

Dies sind die Eigenschaften, die bei der Herstellung von Leiterplatten mit kontrollierter Impedanz und bei deren Berechnung zu beachten sind.

Warum ist eine Impedanzkontrollplatine notwendig?

Wenn ein Signal eine bestimmte Impedanz benötigt, um richtig 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 zu erhalten. Je länger die Spur oder je höher die Frequenz, desto mehr Anpassung ist erforderlich. Jeder Mangel an Strenge 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 auf der Schaltung montiert sind. Bauteile haben je nach Charge unterschiedliche Toleranzkapazitäten. Darüber hinaus werden ihre Spezifikationen durch Temperaturschwankungen beeinflusst, die zu Fehlfunktionen führen können. In solchen Fällen mag der Austausch des Bauteils zunächst die Lösung sein, wenn tatsächlich die ungeeignete Leiterbahnimpedanz die Ursache des Problems ist.

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

Faktoren, die die Impedanzkontrolle beeinflussen

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

Spurbreite: Je größer die Leiterbahnbreite ist, desto niedriger ist die Impedanz. Je dünner die Leiterbahnbreite, desto mehr Impedanz wird angeboten. Eine Erhöhung der Leiterplattendicke erhöht die Impedanz, während eine Verringerung die Impedanz verringert.

dielektrische Dicke: Die Dicke des Dielektrikums beeinflusst auch die Impedanz. Die Spannungsfestigkeit eines Materials ist ein Maß für die elektrische Festigkeit eines Isolators. Sie ist definiert als die maximale Spannung, die erforderlich ist, um einen dielektrischen Durchbruch 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.

Dicke der Lötstoppmaske: Lötstopplack kann Leiterplatten mit HF-Schaltkreisen auf den äußeren Schichten beeinträchtigen, was die elektrische Hochfrequenzleistung verringern kann.

Dielektrizitätskonstante: Die Dielektrizitätskonstante ist das Verhältnis der elektrischen Permittivität eines Materials zur elektrischen Permittivität im Vakuum. Bei einer PCB neigt die Dielektrizitätskonstante dazu, umgekehrt mit der Frequenz zu variieren. Eine Leiterplatte mit niedriger, stabiler Dielektrizitätskonstante ist für hohe Frequenzen und kontrollierte Impedanz geeignet. Eine schwierigere Dielektrizitätskonstante kann die Impedanz oft auf unvorhersehbare Weise beeinflussen.

Andere Designüberlegungen

Begleitleitungen sollten so kurz wie möglich gehalten und Längen nach Möglichkeit reduziert werden. Wenn die Leiterbahnlängen ziemlich lang sind, sollten Abschlüsse verwendet werden, um Reflexionen zu vermeiden.

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

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

Verwendung von Back Drilling – bei einer dicken Backplane, bei der das Signal von der obersten Schicht zu einer der inneren Schichten geht, ist der Rest des Kupferrohrs des Vias oder des Pins des Press-Fit-Steckverbinders ein Stub, was zu Reflexionen führt . Durch das Zurückbohren wird das unerwünschte Kupfer entfernt. Es ist eine Technik, die verwendet wird, um den unbenutzten Teil oder Stumpf des Kupferrohrs aus einem Durchgangsloch in einer Leiterplatte zu entfernen.

Ziehen Sie die Verwendung von Immersionssilber als Oberflächenfinish anstelle von ENIG in Betracht. Immersionssilber führt zu einer geringeren Einfügungsdämpfung (verlustbehaftet) als ENIG allein aufgrund des Nickelgehalts in 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 ist handlicher als ENIG.

Reduzieren Sie die Größe von Antipads auf ebenen Schichten. Antipads sind dort, wo Pads entfernt werden, oder Kupfer wird auf ebenen Schichten entfernt, wo das Pad nicht mit dieser Ebene verbunden werden soll oder nicht. Manchmal ist die Anti-Pad-Größe zu groß, wodurch unnötige Hohlräume in der Ebene entstehen. Indem das Anti-Pad etwas kleiner gemacht wird, wird eine größere Kontinuität in der Ebene ermöglicht, was zu einem saubereren Signal und Rückweg führt.

Wie berechnet man die Differenzimpedanz?

Um die Signalintegrität in PCB-Designs mit hoher Geschwindigkeit zu gewährleisten, sind hohe Impedanzeigenschaften in den Verbindungen der Leiterbahn erforderlich.

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

Sie können den Impedanzrechner online verwenden. Es hilft Ihnen, Ihre Leiterbahnbreiten, Single-Ended- oder Differenzimpedanzen – sowohl für Mikrostreifen- als auch Streifenleitungsmodelle – und andere Parameter wie die Dielektrizitätskonstante, die Dielektrizitätskonstante und die Leiterbahndicke zu berechnen. Das Tool bietet auch einen Leitfaden für Dielektrizitätskonstanten für verschiedene PCB-Materialien.

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

Fähigkeiten in der Herstellung von Impedanzkontroll-PCB

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