Wie man eine PCB-Impedanztabelle liest

In den Anfangstagen der ECAD-Software hatten nicht alle Designer Zugang zu einem PCB-Leiterbahnen-Impedanzrechner. Dennoch mussten sie möglicherweise eine Hochgeschwindigkeits-PCB oder eine RF-PCB entwerfen, was bedeutet, dass es eine Anforderung an die Leiterbahnenimpedanz gab. Für differentielle Paare bedeutete dies, dass es eine Anforderung an die Impedanz der differentiellen Paare gab, oder genauer gesagt, eine Anforderung an die ungerade Modusimpedanz. Unabhängig vom Fall, wenn Sie keinen Impedanzrechner hatten, mussten Sie sich auf Messungen oder einen anderen Datensatz verlassen, um einen genauen Wert für die Leiterbahnbreite auf Ihrer PCB zu erhalten.

Wenn Sie die Impedanz vollständig ignorieren wollten, würden Sie einfach eine veraltete Technik verwenden, wie das Zuweisen einer kritischen Längenregel zu jedem Netz. Wenn Sie Genauigkeit wollten, hier kamen die Hersteller ins Spiel. Einige Hersteller können einen Standard-Stack-Up liefern, der für viele verschiedene Designs verwendet werden kann. Solange keine Spezialmaterialien benötigt werden, können Standard-Stack-Ups für viele verschiedene Systeme verwendet werden, einschließlich Hochgeschwindigkeits-PCBs. Und um die erforderliche Leiterbahnbreite für verschiedene Impedanzwerte zu kommunizieren, kann der Hersteller eine Impedanztabelle bereitstellen.

Was ist eine Leiterbahnen-Impedanztabelle?

Eine PCB-Impedanztabelle gibt die erforderliche Leiterbahnbreite an, um einen Zielimpedanzwert auf einem Standard-Stack-Up zu haben. Für differentielle Paare wird auch ein Abstandswert angegeben. Hersteller geben Leiterbahnen-Impedanztabellen als Leitfäden für Designer, die eine kontrollierte Impedanz in ihren PCBs implementieren müssen. Sie sind sehr einfach zu lesen, und die Werte in einer Leiterbahnen-Impedanztabelle können verwendet werden, um Designregeln in Ihrem CAD-System zu erstellen. Ein Beispiel für eine Impedanztabelle für eine 8-Lagen-PCB ist unten gezeigt.

Alle PCB-Impedanztabellen haben einige gemeinsame Merkmale:

• Sie listen in der Regel eine einzelne Single-Ended (und möglicherweise eine differentielle) Impedanzspezifikation pro Schicht auf
• Sie werden entsprechend einem spezifischen Standard-Stackup geliefert, oder der Hersteller kann gemessene Daten für ein benutzerdefiniertes Stackup geben
• Einige Fertigungsbetriebe werden einen Verlustwert für jede Schicht in der Impedanztabelle angeben
• Impedanztabelle enthalten normalerweise nur standardisierte Impedanzwerte, wie 50 Ohm Single-Ended oder 100 Ohm differentiell

Wie PCB-Impedanztabelle erstellt werden

Wenn Sie einen kontrollierten Dielektrikum-Ansatz zur Gestaltung Ihres Stackups verwenden würden, würden Sie einen Simulator oder einen Rechner mit Dk-Daten aus einem Datenblatt verwenden, um die Impedanz auf jeder Schicht zu berechnen. Die andere Option ist, die Impedanz in jeder Schicht von einem Testcoupon zu messen. Hersteller machen dasselbe, sie liefern diese Daten nur an Designer, damit ein Designer diese Simulationen, Berechnungen oder Messungen nicht selbst durchführen muss.

Standard-Schichtstapel verwenden im Allgemeinen ein häufig verfügbares Dielektrikum, mit dem der Hersteller sehr vertraut ist. Das bedeutet, dass sie möglicherweise bereits viele gemessene Daten für diesen speziellen Materialset haben, insbesondere wenn die erforderlichen Impedanzen gängige Werte sind. Wenn sie keine gemessenen Daten zur Verfügung haben, aber Impedanztabelle bereitstellen, bestimmen sie dies wahrscheinlich aus einem Simulationstool wie Simbeor oder Ansys.

Wenn S-Parameter gemessen werden, werden sie als Spektrum erfasst. Ein Beispiel wird unten gezeigt. Wenn Verlust in einer Impedanztabelle angegeben wird, wird er nie als Spektrum bereitgestellt. Er wird normalerweise bei einer spezifischen Frequenz angegeben, typischerweise bei 5 oder 10 GHz.

Genauigkeit von Single-Ended im Vergleich zu Differentiell

Eine Sache, die ich manchmal in Impedanztabelle sehe, ist eine Falschangabe der differentiellen Impedanz auf derselben Schicht wie eine Single-Ended-Impedanz. Als Beispiel könnte die differentielle Impedanz und Single-Ended-Impedanz auf derselben Schicht wie unten gezeigt angegeben werden.

Können Sie den Fehler in der obigen Tabelle erkennen?

Der Fehler befindet sich in den ersten beiden Zeilen. Die differentielle Impedanz wurde fälschlicherweise als das Doppelte der einseitigen Impedanz angenommen, was nicht korrekt ist. Die einseitige Impedanz ist die charakteristische Impedanz, während die differentielle Impedanz immer das Doppelte der ungeraden Modusimpedanz ist.

Wie Sie mittlerweile aus einem anderen Artikel wissen sollten, ist es durchaus üblich, dass die ungerade Modusimpedanz sehr unterschiedlich von der einseitigen Impedanz ist, und Abweichungen von 10 % oder 20 % sind üblich. Wenn Sie einen Eintrag wie den oben in der ersten Zeile gezeigten sehen, ist es wahrscheinlich, dass der Eintrag ungenau ist.

Die Ausnahme besteht bei sehr dünnen Schichten. Wenn die Schichtdicke (H) viel kleiner als der Abstand zwischen den Leiterbahnen im differentiellen Paar (S) ist, dann kann die ungerade Modusimpedanz der charakteristischen Impedanz sehr ähnlich sein. Dies ist eine typische Situation bei dünnen Schichten, wie sie auf HDI-Platinen zu finden sind.

Sollten Sie eine Impedanztabelle verwenden?

Ich denke, Impedanztabellen sind nützlich als Kontrolle gegenüber dem von Ihnen im CAD-Tool entworfenen Stackup. Wenn Sie jedoch ein Experte für Hochgeschwindigkeitsdesign werden möchten, müssen Sie lernen, Ihre PCB-Designsoftware zu nutzen, um die Leiterbahnenimpedanz anhand von Informationen aus einem PCB-Materialdatenblatt zu berechnen. Nehmen Sie eine aktive Rolle zu Beginn Ihres Designs ein, und Sie werden vollständig darauf vorbereitet sein, fortgeschrittenere digitale und RF-Systeme zu meistern.

Glücklicherweise müssen Sie nicht raten, welche Leiterbahnbreite benötigt wird, um ein Impedanzziel zu erreichen, verwenden Sie einfach den vollständig integrierten PCB-Impedanzrechner in Altium Designer®. Um die Zusammenarbeit in der heutigen disziplinübergreifenden Umgebung zu implementieren, nutzen innovative Unternehmen die Altium 365™-Plattform, um Design-Daten einfach zu teilen und Projekte in die Fertigung zu bringen.

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