Guide de conception de PCB pour le contrôle de l'impédance lors du routage des PCB

En juin 1831, Sir James Clark Ross découvrait le Pôle Nord Magnétique sur la péninsule de Boothia dans le nord du Canada. Bien que le terme « découverte » semble indiquer que le Pôle Nord Magnétique est statique, les pôles Nord et Sud Magnétiques, en réalité, se déplacent continuellement. Le champ magnétique terrestre change au fil du temps et à mesure que ces changements se produisent, les positions des pôles se déplacent également. Étant donné le taux de déplacement de 55 km par an, nous pourrions avoir une autre signification pour « express polaire ».

Lorsque vous travaillez sur le parcours des signaux dans votre PCB, cependant, vous n'avez peut-être pas le temps, l'argent ou l'énergie de vous préoccuper de l'investissement nécessaire pour voyager d'un bout à l'autre du pôle. Le routage des pistes et la largeur des pistes sont importants à garder à l'esprit ; cependant, les pistes sur le plan de masse de votre carte de circuit peuvent rendre le suivi de l'impédance différentielle difficile. En apprendre davantage sur comment tirer le meilleur parti de votre logiciel de conception de PCB pour les pistes et le routage à impédance contrôlée peut aider.

Explorer l'Impédance Complexe

En termes d'impédance, le concept de « polaire » implique un type d'exploration différent. L'impédance complexe est un outil important pour travailler avec des circuits AC multi-composants. Au lieu d'utiliser des sinus et des cosinus pour représenter les tensions et les courants dans ces circuits, nous pouvons exprimer l'impédance comme une exponentielle complexe ou . L'impédance fonctionne comme le rapport tension/courant pour une seule exponentielle complexe à une fréquence particulière.

De là, nous pouvons exprimer l'impédance des éléments individuels du circuit comme des nombres imaginaires purs ou réels. Avec cela, l'impédance réactive purement imaginaire d'une bobine idéale est :

Entre-temps, l'impédance réactive purement imaginaire d'un condensateur idéal apparaît comme :

Passer à des nombres purs ou imaginaires nécessite l'utilisation d'un plan complexe avec la résistance le long de l'axe réel. Ici, les valeurs de réactance du condensateur et d'une bobine deviennent des nombres imaginaires. L'impédance imaginaire fournit la composante réactive de l'impédance et nous permet d'évaluer les changements de phase qui se produisent en raison de la réactance.

Avec des combinaisons en série de composants RL et RC, nous pouvons ajouter les valeurs des composants comme composantes d'un vecteur. En tant que nombres complexes, ces valeurs ont les mêmes unités que la résistance.

Forme Polaire de l'Impédance Complexe

La forme polaire des expressions complexes pour les circuits RL et RC apparaît comme un système de coordonnées bidimensionnel qui illustre la relation entre l'amplitude et la phase de la tension et du courant. Chaque point sur un plan est à une certaine distance d'un point de référence et à un certain angle d'une direction de référence. Le point de référence fonctionne comme le pôle, tandis que le rayon partant du pôle dans la direction de référence se réfère à l'axe polaire. La distance depuis le pôle équivaut à la coordonnée radiale ou rayon, tandis que l'angle représente l'angle polaire.

Dans la forme polaire, la magnitude de l'impédance complexe équivaut au rapport de l'amplitude de tension à l'amplitude du courant. La phase de l'impédance complexe équivaut au déphasage du courant en avance sur la tension. Sous forme d'équation, l'impédance apparaît comme suit :

La magnitude représente le rapport de l'amplitude de la différence de tension à l'amplitude du courant. L'argument Ɵ donne la différence de phase entre la tension et le courant, tandis que représente l'unité imaginaire. Utiliser la forme polaire pour l'impédance complexe simplifie la multiplication et la division des quantités d'impédance.

Être capable de planifier vos pistes pour le routage de PCB à impédance contrôlée est nécessaire

Contrôle de l'Impédance PCB

Notre très brève discussion sur l'impédance complexe et la forme polaire de l'impédance complexe souligne à la fois la complexité mathématique impliquée dans le calcul de l'impédance et les problèmes difficiles que nous rencontrons avec le contrôle de l'impédance dans la conception de PCB. Avec des circuits à haute fréquence multicouches composés de nombreux vias et branches agissant comme des lignes de transmission, le problème devient encore plus difficile en raison du potentiel de réflexion d'énergie entre la source et la charge. Peu importe le type ou la complexité du circuit, le transfert de signal maximal se produit uniquement si toutes les impédances le long du chemin du signal correspondent.

Utiliser les meilleures pratiques de conception dans votre carte de circuit peut permettre de router correctement vos pistes et d'assortir correctement l'impédance. Pour assortir l'impédance de sortie de la source, l'impédance de la piste et l'impédance d'entrée de la charge :

• Assortir l'impédance des composants
• Mesurer les caractéristiques de la piste telles que la longueur, la largeur et l'épaisseur
• Utiliser des microstripes pour atteindre l'impédance désirée

Le routage à impédance contrôlée et Altium Designer^®

Altium Designer vous permet d'analyser l'intégrité du signal de votre conception de PCB dès l'étape de capture schématique. Vous pouvez également définir les réseaux d'alimentation et utiliser le menu Outils pour fournir les impédances moyennes des pistes et les longueurs de routage. Altium Designer offre une solution simple pour l'adaptation d'impédance des composants au sein de votre conception. Vous pouvez aussi analyser la réflexion sur des réseaux sélectionnés et expérimenter avec différentes valeurs de terminaison.

Pour déterminer l'impédance de routage, vous pouvez utiliser l'une des deux formules trouvées dans Altium Designer. La première vous permet de déterminer l'impédance caractéristique d'un microstrip, tandis que la seconde fournit la formule de l'impédance caractéristique pour une stripline. Les deux équations montrent les épaisseurs diélectriques, la largeur de routage et la constante diélectrique du matériel diélectrique.

Fiez-vous à votre logiciel de conception de PCB pour cartographier vos traces de manière efficace et efficace

Altium Designer simplifie encore cette tâche avec son option Largeur d'Impédance Caractéristique. Avec cette option, vous pouvez établir la règle de conception de Largeur de Routage dans l'Éditeur de Règles et Contraintes PCB, puis entrer vos impédances requises. L'option Largeur d'Impédance Caractéristique traduit automatiquement les impédances requises en largeurs pour chaque couche de signal. Contrôlée de manière interactive, la fonction de routage d'impédance d'Altium Designer ajuste automatiquement la largeur de la piste pour l'impédance requise.

Pour en savoir plus sur le routage à impédance contrôlée et l'adaptation de l'impédance des composants pour votre conception de PCB haute vitesse, parlez à un expert chez Altium Designer.