PCB 라우팅 중 제어된 임피던스를 위한 PCB 설계 가이드

1831년 6월, 제임스 클라크 로스 경은 북캐나다의 부시아 반도에서 북자기극을 발견했습니다. "발견"이라는 용어는 북자기극이 고정되어 있다는 것을 시사하는 것처럼 보이지만, 사실 북극과 남극은 지속적으로 이동합니다. 지구의 자기장은 시간이 지남에 따라 변화하고, 그 변화가 발생함에 따라 극의 위치도 이동합니다. 연간 55km의 이동 속도를 고려할 때, "극표현"에 대한 또 다른 의미를 가질 수도 있습니다.

하지만 PCB에서 신호의 이동을 처리할 때, 한 극에서 다른 극으로의 여행에 투자하는 시간, 돈, 에너지를 걱정할 여유가 없을 수 있습니다. 트레이스 라우팅과 트레이스 폭은 염두에 두어야 할 중요한 요소이지만, 회로 기판의 접지면에 있는 트레이스는 차동 임피던스를 추적하기 어렵게 만들 수 있습니다. 트레이스와 제어된 임피던스 라우팅을 위한 PCB 설계 소프트웨어의 최대한 활용 방법에 대해 더 알아보는 것이 도움이 될 수 있습니다.

복잡한 임피던스 탐구

임피던스 측면에서 "극성"의 개념은 다른 유형의 탐색을 포함합니다. 복소 임피던스는 다중 구성 요소 AC 회로를 다루는 데 중요한 도구입니다. 이러한 회로에서 전압과 전류를 사인과 코사인으로 표현하는 대신, 임피던스를 복소 지수 또는 로 표현할 수 있습니다. 임피던스는 특정 주파수에서 단일 복소 지수의 전압/전류 비율로 작동합니다.

여기서, 개별 회로 요소의 임피던스를 순수하거나 실수의 허수로 표현할 수 있습니다. 이를 통해, 이상적인 인덕터의 순수한 허수 반응 임피던스는 다음과 같습니다:

한편, 이상적인 커패시터의 순수한 허수 반응 임피던스는 다음과 같이 나타납니다:

순수하거나 허수로 이동하려면 실수 축을 따라 저항이 있는 복소 평면을 사용해야 합니다. 여기서, 커패시터와 인덕터의 리액턴스 값은 허수가 됩니다. 허수 임피던스는 임피던스의 반응성 구성 요소를 제공하고 리액턴스로 인해 발생하는 위상 변화를 평가할 수 있게 합니다.

RL 및 RC 구성 요소의 직렬 조합으로, 벡터의 구성 요소로 구성 요소 값을 더할 수 있습니다. 복소수로서, 그 값들은 저항과 같은 단위를 가집니다.

복소 임피던스의 극형태

RL 회로와 RC 회로의 복소 표현식의 극형태는 전압과 전류의 진폭 및 위상 사이의 관계를 보여주는 이차원 좌표 체계로 나타납니다. 평면상의 각 점은 기준점으로부터 주어진 거리와 기준 방향으로부터 주어진 각도를 가집니다. 기준점은 극으로 기능하며, 기준 방향으로 극에서 나오는 광선은 극축을 나타냅니다. 극으로부터의 거리는 방사형 좌표 또는 반지름과 같으며, 각도는 극각을 나타냅니다.

극형태에서 복소 임피던스의 크기는 전압 진폭 대 전류 진폭의 비율과 같습니다. 복소 임피던스의 위상은 전압보다 앞서는 전류의 위상 변화와 같습니다. 방정식 형태에서 임피던스는 다음과 같이 나타납니다:

크기 는 전압 차이 진폭 대 전류 진폭의 비율을 나타냅니다. 인수 Ɵ는 전압과 전류 사이의 위상 차이를 제공하며, 는 허수 단위를 나타냅니다. 복소 임피던스의 극형태를 사용하면 임피던스 양의 곱셈과 나눗셈을 단순화할 수 있습니다.

제어된 임피던스 PCB 라우팅을 위한 트레이스 계획이 가능해야 합니다

PCB 임피던스 제어

우리의 매우 간략한 복소 임피던스 및 복소 임피던스의 극형식에 대한 논의는 임피던스 계산과 PCB 설계에서 임피던스 제어를 위해 마주치는 어려운 문제들 모두에 관련된 수학적 복잡성을 강조합니다. 다수의 비아(vias)와 전송선으로 작용하는 분기들로 구성된 다층 고주파 회로의 경우, 소스와 부하 사이의 에너지 반사 가능성으로 인해 문제는 더욱 어려워집니다. 회로의 유형이나 복잡성에 관계없이, 신호 경로를 따라 모든 임피던스가 일치할 때만 최대 신호 전송이 발생합니다.

회로 기판에서 최상의 설계 관행을 사용하면 트레이스가 적절하게 라우팅되고 임피던스가 적절하게 맞춰질 수 있습니다. 소스의 출력 임피던스, 트레이스 임피던스, 그리고 부하의 입력 임피던스를 맞추기 위해서는:

• 부품 임피던스 맞추기
• 길이, 너비, 두께와 같은 트레이스 특성 측정
• 원하는 임피던스를 달성하기 위해 마이크로스트립 사용

제어된 임피던스 라우팅 및 Altium Designer^®

Altium Designer를 사용하면 스키마틱 캡처 단계에서 PCB 설계의 신호 무결성을 분석할 수 있습니다. 또한 공급망을 정의하고 도구 메뉴를 사용하여 평균 트랙 임피던스와 라우트 길이를 제공할 수 있습니다. Altium Designer는 설계 내의 구성 요소 간의 임피던스 매칭을 위한 간단한 해결책을 제공합니다. 선택된 네트워크에서 반사를 분석하고 다른 종단 저항 값으로 실험할 수도 있습니다.

라우팅 임피던스를 결정하기 위해 Altium Designer에서 찾을 수 있는 두 가지 공식 중 하나를 사용할 수 있습니다. 첫 번째는 마이크로스트립의 특성 임피던스를 결정할 수 있게 해주며, 두 번째는 스트리플라인에 대한 특성 임피던스 공식을 제공합니다. 두 방정식 모두 유전체 두께, 라우팅 폭, 그리고 유전체 재료의 유전 상수를 보여줍니다.

PCB 설계 소프트웨어를 신뢰하여 트레이스를 효율적이고 효과적으로 매핑하십시오

Altium Designer는 특성 임피던스 폭 옵션으로 이 작업을 더욱 단순화합니다. 이 옵션을 사용하면 PCB 규칙 및 제약 조건 편집기 내에서 라우팅 폭 설계 규칙을 설정한 다음 필요한 임피던스를 입력할 수 있습니다. 특성 임피던스 폭 옵션은 필요한 임피던스를 각 신호 레이어의 폭으로 자동 변환합니다. 상호 작용적으로 제어되는 Altium Designer의 임피던스 라우팅 기능은 필요한 임피던스에 맞게 트랙 폭을 자동으로 조정합니다.

고속 PCB 설계에서 제어된 임피던스 라우팅 및 구성 요소 임피던스 매칭에 대해 자세히 알아보려면 Altium Designer의 전문가와 상담하세요.