Jak czytać tabelę impedancji PCB

Na początku ery oprogramowania ECAD, nie wszyscy projektanci mieli dostęp do kalkulatora impedancji ścieżek PCB. Jednak mogli oni potrzebować zaprojektować PCB o wysokiej prędkości lub PCB RF, co oznacza, że istnieje wymaganie dotyczące impedancji ścieżki. Dla par różnicowych oznaczało to, że istnieje wymaganie dotyczące impedancji pary różnicowej, a raczej wymaganie dotyczące impedancji w trybie nieparzystym. Bez względu na okoliczności, jeśli nie miałeś kalkulatora impedancji, musiałeś polegać na pomiarach lub innym zestawie danych, aby uzyskać dokładną wartość szerokości ścieżki na swojej płytce PCB.

Jeśli chciałeś całkowicie zignorować impedancję, po prostu używałbyś przestarzałej techniki, takiej jak przypisanie każdej sieci zasady krytycznej długości. Jeśli zależało ci na dokładności, tutaj z pomocą przychodziliby producenci. Niektórzy producenci mogą dostarczyć standardowy zestaw warstw, który może być używany dla wielu różnych projektów. Dopóki nie są potrzebne specjalistyczne materiały, standardowe zestawy warstw mogą być używane dla wielu różnych systemów, w tym PCB o wysokiej prędkości. A aby przekazać wymaganą szerokość ścieżki dla różnych wartości impedancji, producent może dostarczyć tabelę impedancji.

Czym jest tabela impedancji ścieżki?

Tabela impedancji PCB poda wymaganą szerokość ścieżki, aby osiągnąć docelową wartość impedancji na standardowym zestawie warstw. Dla par różnicowych podawana jest również wartość odstępu. Producenci dostarczają tabele impedancji ścieżek jako przewodniki dla projektantów, którzy muszą zaimplementować kontrolowaną impedancję w swoich PCB. Są one bardzo proste do odczytania, a wartości w tabeli impedancji ścieżek mogą być używane do tworzenia zasad projektowych w systemie CAD. Poniżej pokazano przykładową tabelę impedancji dla PCB o 8 warstwach.

Wszystkie tabele impedancji PCB mają pewne wspólne cechy:

• Zazwyczaj będą wymieniać jedną impedancję jednostronną (i możliwie jedną różnicową) na warstwę
• Będą dostarczane zgodnie ze specyficznym standardowym układem warstw, lub producent może podać zmierzone dane dla niestandardowego układu
• Niektóre zakłady produkcyjne będą zawierać wartość strat dla każdej warstwy w tabeli impedancji
• Tabele impedancji zazwyczaj będą zawierały tylko standardowe wartości impedancji, takie jak 50 omów jednostronne lub 100 omów różnicowe

Jak tworzone są tabele impedancji PCB

Jeśli przyjmowałbyś podejście z kontrolowanym dielektrykiem do projektowania swojego układu warstw, używałbyś symulatora lub kalkulatora z danymi Dk z karty katalogowej do obliczania impedancji na każdej warstwie. Inną opcją jest zmierzenie impedancji na każdej warstwie z próbki testowej. Producenci robią to samo, po prostu dostarczają te dane projektantom, aby projektant nie musiał wykonywać tych symulacji, obliczeń lub pomiarów samodzielnie.

Standardowe układy warstw zazwyczaj używają powszechnie dostępnego dielektryka, z którym producent jest bardzo dobrze zaznajomiony. Oznacza to, że mogą już mieć wiele zmierzonych danych dla tego konkretnego zestawu materiałów, szczególnie jeśli wymagane impedancje są powszechnymi wartościami. Jeśli nie mają dostępnych zmierzonych danych, ale dostarczają tabele impedancji, prawdopodobnie określają to za pomocą narzędzia symulacyjnego, takiego jak Simbeor lub Ansys.

Gdy mierzone są parametry S, są one rejestrowane jako spektrum. Przykład jest pokazany poniżej. Gdy strata jest podawana w tabeli impedancji, nigdy nie jest podawana jako spektrum. Zazwyczaj podawana jest przy określonej częstotliwości, zwykle 5 lub 10 GHz.

Dokładność jednostronna versus różnicowa

Jedną z rzeczy, którą czasami widzę w tabelach impedancji, jest błędne oświadczenie o impedancji różnicowej na tej samej warstwie co impedancja jednostronna. Jako przykład, impedancja różnicowa i jednostronna na tej samej warstwie mogą być podane jak poniżej.

Czy dostrzegasz błąd w powyższej tabeli?

Błąd znajduje się w pierwszych dwóch wierszach. Impedancja różnicowa została przyjęta jako równa podwójnej impedancji jednostronnej, co jest nieprawidłowe. Impedancja jednostronna to impedancja charakterystyczna, podczas gdy impedancja różnicowa zawsze jest podwójna w stosunku do impedancji nieparzystej.

Jak powinieneś wiedzieć już teraz z innego artykułu, jest dość powszechne, że impedancja nieparzysta bardzo różni się od impedancji jednostronnej, a odchylenia rzędu 10% lub 20% są powszechne. Jeśli zobaczysz wpis taki jak pokazano w pierwszym wierszu powyżej, prawdopodobnie wpis jest niedokładny.

Wyjątkiem są bardzo cienkie warstwy. Gdy grubość warstwy (H) jest znacznie mniejsza niż odstęp między ścieżkami w parze różnicowej (S), wtedy impedancja nieparzysta może być bardzo podobna do impedancji charakterystycznej. Jest to typowa sytuacja w cienkich warstwach, takich jak te znajdujące się na płytach HDI.

Czy powinieneś używać tabeli impedancji?

Myślę, że tabele impedancji są przydatne jako kontrola względem zaprojektowanego przez Ciebie układu warstw w narzędziu CAD. Jednakże, jeśli chcesz być ekspertem od projektowania wysokich prędkości, musisz nauczyć się wykorzystywać oprogramowanie do projektowania PCB do obliczania impedancji ścieżek na podstawie informacji z karty katalogowej materiału PCB. Podejmij aktywną rolę na początku projektowania, a będziesz w pełni przygotowany do zdobycia bardziej zaawansowanych systemów cyfrowych i RF.

Na szczęście, nie musisz zgadywać potrzebnej szerokości ścieżki, aby osiągnąć cel impedancji, wystarczy użyć całkowicie zintegrowanego kalkulatora impedancji PCB w Altium Designer®. Aby w dzisiejszym środowisku wielodyscyplinarnym wprowadzić współpracę, innowacyjne firmy korzystają z platformy Altium 365™, aby łatwo udostępniać dane projektowe i wprowadzać projekty do produkcji.

Dopiero zaczęliśmy odkrywać możliwości, jakie oferuje Altium Designer na Altium 365. Rozpocznij swoją darmową wersję próbną Altium Designer + Altium 365 już dziś.