Come utilizzare le tabelle di impedenza PCB

All'inizio dello sviluppo del software ECAD, non tutti i progettisti avevano accesso a un calcolatore dell'impedenza delle tracce PCB. Tuttavia, potrebbero comunque avere la necessità di progettare un PCB ad alta velocità o un PCB RF, il che significa che esiste un requisito di impedenza delle tracce. Per le coppie differenziali, ciò significava che esisteva un requisito di impedenza per coppie differenziali, o meglio un requisito di impedenza in modo dispari. Qualunque fosse il caso, se non si disponeva di un calcolatore di impedenza, si doveva fare affidamento su misurazioni o su qualche altro insieme di dati per ottenere un valore accurato per la larghezza della traccia nel proprio PCB.

Se si voleva ignorare completamente l'impedenza, si sarebbe semplicemente utilizzata una tecnica superata come l'assegnazione di una regola della lunghezza critica a ogni rete. Se si desiderava l'accuratezza, qui entravano in gioco i fabbricanti. Alcuni fabbricanti possono fornire un impilamento standard che può essere utilizzato per molti design diversi. Finché non sono necessari materiali speciali, gli impilamenti standard possono essere utilizzati per molti sistemi diversi, inclusi i PCB ad alta velocità. E per comunicare la larghezza della traccia richiesta per diversi valori di impedenza, il fabbricante può fornire una tabella di impedenza.

Cos'è una tabella di impedenza delle tracce?

Una tabella di impedenza PCB fornirà la larghezza della traccia necessaria per avere un valore di impedenza target su un impilamento standard. Per le coppie differenziali, viene anche fornito un valore di spaziatura. I fabbricanti danno tabelle di impedenza delle tracce come guide ai progettisti che devono implementare l'impedenza controllata nei loro PCB. Sono molto semplici da leggere, e i valori in una tabella di impedenza delle tracce possono essere utilizzati per creare regole di progettazione nel proprio sistema CAD. Di seguito è mostrato un esempio di tabella di impedenza per un PCB a 8 strati.

Tutte le tabelle di impedenza PCB hanno alcune caratteristiche comuni:

• Generalmente elencheranno una specifica di impedenza single-ended (e possibilmente una differenziale) per strato
• Saranno forniti corrispondenti a uno stack up standard specifico, oppure il fabbricante può fornire dati misurati per uno stackup personalizzato
• Alcune fabbriche di produzione includeranno un valore di perdita per ogni strato nella tabella delle impedenze
• Le tabelle delle impedenze avranno solitamente solo valori di impedenza standard, come 50 Ohm single-ended o 100 Ohm differenziali

Come sono create le tabelle delle impedenze PCB

Se stessi adottando un approccio a dielettrico controllato per progettare il tuo stack up, utilizzeresti un simulatore o un calcolatore con dati Dk da un datasheet per calcolare l'impedenza su ogni strato. L'altra opzione è misurare l'impedenza in ogni strato da un coupon di test. I produttori faranno la stessa cosa, forniscono semplicemente questi dati ai progettisti in modo che un progettista non debba fare queste simulazioni, calcoli o misurazioni da solo.

Gli stack di strati standard utilizzeranno generalmente un dielettrico comunemente disponibile con cui il produttore è molto familiare. Ciò significa che potrebbero già avere molti dati misurati per quel particolare set di materiali, specialmente se le impedenze richieste sono valori comuni. Se non dispongono di dati misurati disponibili, ma forniscono tabelle di impedenza, probabilmente stanno determinando ciò da uno strumento di simulazione come Simbeor o Ansys.

Quando vengono misurati i parametri S, vengono catturati come uno spettro. Di seguito è mostrato un esempio. Quando la perdita è fornita su una tabella di impedenza, non viene mai fornita come uno spettro. È normalmente fornita a una frequenza specifica, tipicamente 5 o 10 GHz.

Precisione Single-Ended vs differenziale

Una cosa che a volte vedo nelle tabelle delle impedenze è una dichiarazione errata dell'impedenza differenziale sullo stesso strato come un'impedenza single-ended. Come esempio, l'impedenza differenziale e single-ended sullo stesso strato potrebbe essere citata come mostrato di seguito.

Puoi individuare l'errore nella tabella sopra?

L'errore si trova nelle prime due righe. L'impedenza differenziale è stata presa come se fosse uguale al doppio dell'impedenza monoterminale, il che è incorretto. L'impedenza monoterminale è l'impedenza caratteristica, mentre l'impedenza differenziale è sempre il doppio dell'impedenza in modo dispari.

Come probabilmente già sai, abbastanza comune che l'impedenza in modo dispari sia molto diversa dall'impedenza monoterminale, e deviazioni del 10% o 20% sono comuni. Se vedi un'entrata come quella mostrata nella prima riga sopra, è probabile che l'entrata sia inaccurata.

L'eccezione si verifica su strati molto sottili. Quando lo spessore dello strato (H) è molto più piccolo della distanza tra le tracce nella coppia differenziale (S), allora l'impedenza in modo dispari può essere molto simile all'impedenza caratteristica. Questa è una situazione tipica su strati sottili, come quelli trovati nelle schede HDI.

Dovresti usare una tabella di impedenza?

Penso che le tabelle di impedenza siano utili come controllo rispetto allo stackup che progetti nel tuo strumento CAD. Tuttavia, se vuoi diventare un esperto di progettazione ad alta velocità, allora devi imparare a sfruttare il software di progettazione PCB per calcolare l'impedenza delle tracce utilizzando le informazioni da un datasheet dei materiali PCB. Prendi un ruolo attivo all'inizio del tuo progetto e sarai pienamente preparato per conquistare sistemi digitali e RF più avanzati.

Fortunatamente, non devi indovinare la larghezza della traccia necessaria per raggiungere un obiettivo di impedenza, basta usare il calcolatore di impedenza PCB completamente integrato in Altium Designer®. Per implementare la collaborazione nell'ambiente interdisciplinare di oggi, le aziende innovative stanno utilizzando la piattaforma Altium 365™ per condividere facilmente i dati di progettazione e mettere in produzione i progetti.

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