Comment lire un tableau d'impédance de PCB

Au début de l'ère des logiciels ECAD, tous les concepteurs n'avaient pas accès à un calculateur d'impédance de trace pour PCB. Cependant, ils pourraient quand même avoir besoin de concevoir un PCB haute vitesse ou un PCB RF, ce qui signifie qu'il y a une exigence d'impédance de trace. Pour les paires différentielles, cela signifiait qu'il y avait une exigence d'impédance de paire différentielle, ou plutôt une exigence d'impédance en mode impair. Peu importe le cas, si vous n'aviez pas de calculateur d'impédance, vous deviez vous fier à des mesures, ou à un autre ensemble de données pour obtenir une valeur précise pour la largeur de trace dans votre PCB.

Si vous vouliez ignorer complètement l'impédance, vous utiliseriez simplement une technique dépassée comme l'attribution d'une règle de longueur critique à chaque réseau. Si vous recherchiez la précision, c'est là que les fabricants intervenaient. Certains fabricants peuvent fournir une empilage standard qui peut être utilisé pour de nombreux designs différents. Tant que des matériaux spéciaux ne sont pas nécessaires, des empilages standards peuvent être utilisés pour de nombreux systèmes différents, y compris les PCB haute vitesse. Et afin de communiquer la largeur de trace requise pour différentes valeurs d'impédance, le fabricant peut fournir un tableau d'impédance.

Qu'est-ce qu'un tableau d'impédance de trace ?

Un tableau d'impédance de PCB fournira la largeur de trace requise pour avoir une valeur d'impédance cible sur un empilage standard. Pour les paires différentielles, une valeur d'espacement est également donnée. Les fabricants donnent des tableaux d'impédance de trace comme guides aux concepteurs qui ont besoin d'implémenter une impédance contrôlée dans leurs PCB. Ils sont très simples à lire, et les valeurs dans un tableau d'impédance de trace peuvent être utilisées pour créer des règles de conception dans votre système de CAO. Un exemple de tableau d'impédance pour un PCB de 8 couches est montré ci-dessous.

Tous les tableaux d'impédance de PCB ont des caractéristiques communes :

• Ils indiqueront généralement une seule spécification d'impédance en mode simple (et éventuellement une en mode différentiel) par couche
• Ils seront fournis conformément à un empilement standard spécifique, ou le fabricant peut fournir des données mesurées pour un empilement personnalisé
• Certaines maisons de fabrication incluront une valeur de perte pour chaque couche dans le tableau d'impédance
• Les tableaux d'impédance auront généralement uniquement des valeurs d'impédance standard, telles que 50 Ohms en mode simple ou 100 Ohms en différentiel

Comment les tableaux d'impédance PCB sont créés

Si vous adoptiez une approche de diélectrique contrôlé pour concevoir votre empilement, vous utiliseriez un simulateur ou un calculateur avec des données Dk d'une fiche technique pour calculer l'impédance sur chaque couche. L'autre option est de mesurer l'impédance dans chaque couche à partir d'un coupon de test. Les fabricants feront la même chose, ils fournissent simplement ces données aux concepteurs afin qu'un concepteur n'ait pas besoin de faire ces simulations, calculs ou mesures par lui-même.

Les empilements de couches standard utiliseront généralement un diélectrique couramment disponible que le fabricant connaît très bien. Cela signifie qu'ils peuvent déjà avoir beaucoup de données mesurées pour ce matériel particulier, surtout si les impédances requises sont des valeurs communes. S'ils n'ont pas de données mesurées disponibles, mais qu'ils fournissent des tableaux d'impédance, ils déterminent probablement cela à partir d'un outil de simulation tel que Simbeor ou Ansys.

Lorsque les paramètres S sont mesurés, ils sont capturés comme un spectre. Un exemple est montré ci-dessous. Lorsque la perte est fournie dans un tableau d'impédance, elle n'est jamais fournie sous forme de spectre. Elle est normalement fournie à une fréquence spécifique, typiquement 5 ou 10 GHz.

Précision en mode simple par rapport au mode différentiel

Une chose que je vois parfois dans les tableaux d'impédance est une erreur d'énoncé de l'impédance différentielle sur la même couche qu'une impédance en mode simple. Par exemple, l'impédance différentielle et l'impédance en mode simple sur la même couche pourraient être citées comme indiqué ci-dessous.

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Pouvez-vous repérer l'erreur dans le tableau ci-dessus ?

L'erreur ici se trouve dans les deux premières lignes. L'impédance différentielle a été prise comme étant égale au double de l'impédance en simple extrémité, ce qui est incorrect. L'impédance en simple extrémité est l'impédance caractéristique, tandis que l'impédance différentielle est toujours le double de l'impédance en mode impair.

Comme vous devriez le savoir à présent d'après un autre article, il est assez courant que l'impédance en mode impair soit très différente de l'impédance en simple extrémité, et des écarts de 10 % ou 20 % sont courants. Si vous voyez une entrée telle que celle montrée dans la première ligne ci-dessus, il est probable que l'entrée soit inexacte.

L'exception concerne les couches très fines. Lorsque l'épaisseur de la couche (H) est beaucoup plus petite que l'espacement entre les pistes dans la paire différentielle (S), alors l'impédance en mode impair peut être très similaire à l'impédance caractéristique. C'est une situation typique sur les couches fines, comme celles trouvées dans les cartes HDI.

Devriez-vous utiliser un tableau d'impédance ?

Je pense que les tableaux d'impédance sont utiles comme vérification contre l'empilement que vous concevez dans votre outil de CAO. Cependant, si vous voulez être un expert en conception à haute vitesse, alors vous devez apprendre à tirer parti de votre logiciel de conception de PCB pour calculer l'impédance des pistes en utilisant les informations d'une fiche technique de matériel de PCB. Prenez un rôle actif au début de votre conception et vous serez pleinement préparé à conquérir des systèmes numériques et RF plus avancés.

Heureusement, vous n'avez pas à deviner la largeur de piste nécessaire pour atteindre une cible d'impédance, utilisez simplement le calculateur d'impédance de PCB intégralement dans Altium Designer®. Pour mettre en œuvre la collaboration dans l'environnement interdisciplinaire d'aujourd'hui, les entreprises innovantes utilisent la plateforme Altium 365™ pour partager facilement les données de conception et mettre les projets en fabrication.

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