Como Ler uma Tabela de Impedância de PCB

Nos primórdios do software ECAD, nem todos os projetistas tinham acesso a um calculador de impedância de trilha de PCB. No entanto, eles ainda poderiam precisar projetar um PCB de alta velocidade ou um PCB de RF, o que significa que há uma exigência de impedância de trilha. Para pares diferenciais, isso significava que havia uma exigência de impedância de par diferencial, ou melhor, uma exigência de impedância de modo ímpar. Não importa qual fosse o caso, se você não tinha um calculador de impedância, tinha que confiar em medições ou em algum outro conjunto de dados para obter um valor preciso para a largura da trilha em seu PCB.

Se você quisesse ignorar completamente a impedância, simplesmente usaria uma técnica desatualizada como atribuir uma regra de comprimento crítico a cada rede. Se você buscasse precisão, aqui entrariam os fabricantes. Alguns fabricantes podem fornecer um empilhamento padrão que pode ser usado para muitos designs diferentes. Contanto que materiais especiais não sejam necessários, empilhamentos padrão podem ser usados para muitos sistemas diferentes, incluindo PCBs de alta velocidade. E, para comunicar a largura de trilha necessária para diferentes valores de impedância, o fabricante pode fornecer uma tabela de impedância.

O que é uma Tabela de Impedância de Trilha?

Uma tabela de impedância de PCB fornecerá a largura de trilha necessária para ter um valor de impedância alvo em um empilhamento padrão. Para pares diferenciais, também é dado um valor de espaçamento. Os fabricantes fornecem tabelas de impedância de trilha como guias para projetistas que precisam implementar impedância controlada em seus PCBs. Elas são muito simples de ler, e os valores em uma tabela de impedância de trilha podem ser usados para criar regras de design em seu sistema CAD. Um exemplo de tabela de impedância para um PCB de 8 camadas é mostrado abaixo.

Todas as tabelas de impedância de PCB têm algumas características comuns:

• Eles geralmente listarão uma especificação de impedância única (e possivelmente uma diferencial) por camada
• Serão fornecidos de acordo com uma pilha padrão específica, ou o fabricante pode fornecer dados medidos para uma pilha personalizada
• Algumas casas de fabricação incluirão um valor de perda para cada camada na tabela de impedância
• As tabelas de impedância geralmente terão apenas valores de impedância padrão, como 50 Ohms de extremidade única ou 100 Ohms diferencial

Como as Tabelas de Impedância de PCB são Criadas

Se você estivesse adotando uma abordagem de dielétrico controlado para projetar sua pilha, você usaria um simulador ou uma calculadora com dados Dk de uma ficha técnica para calcular a impedância em cada camada. A outra opção é medir a impedância em cada camada a partir de um cupom de teste. Os fabricantes farão a mesma coisa, eles apenas fornecem esses dados aos projetistas para que um projetista não precise fazer essas simulações, cálculos ou medições por conta própria.

Pilhas de camadas padrão geralmente usam um dielétrico comumente disponível com o qual o fabricante está muito familiarizado. Isso significa que eles podem já ter muitos dados medidos para aquele conjunto de materiais específico, especialmente se as impedâncias requeridas forem valores comuns. Se eles não tiverem dados medidos disponíveis, mas fornecerem tabelas de impedância, provavelmente estão determinando isso a partir de uma ferramenta de simulação como Simbeor ou Ansys.

Quando os parâmetros-S são medidos, eles são capturados como um espectro. Um exemplo é mostrado abaixo. Quando a perda é fornecida em uma tabela de impedância, nunca é fornecida como um espectro. É normalmente fornecida em uma frequência específica, tipicamente 5 ou 10 GHz.

Precisão de Extremidade Única Versus Diferencial

Uma coisa que às vezes vejo em tabelas de impedância é uma declaração incorreta da impedância diferencial na mesma camada como uma impedância de extremidade única. Como exemplo, a impedância diferencial e a impedância de extremidade única na mesma camada podem ser citadas como mostrado abaixo.

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Você consegue identificar o erro na tabela acima?

O erro aqui está nas duas primeiras linhas. A impedância diferencial foi considerada como sendo igual ao dobro da impedância simples, o que está incorreto. A impedância simples é a impedância característica, enquanto a impedância diferencial é sempre o dobro da impedância de modo ímpar.

Como você já deve saber de outro artigo, é bastante comum que a impedância de modo ímpar seja muito diferente da impedância simples, e desvios de 10% ou 20% são comuns. Se você vir uma entrada como a mostrada na primeira linha acima, é provável que a entrada esteja imprecisa.

A exceção ocorre em camadas muito finas. Quando a espessura da camada (H) é muito menor do que o espaçamento entre os traços no par diferencial (S), então a impedância de modo ímpar pode ser muito semelhante à impedância característica. Esta é uma situação típica em camadas finas, como as encontradas em placas HDI.

Você Deve Usar uma Tabela de Impedância?

Eu acho que tabelas de impedância são úteis como uma verificação contra o empilhamento que você projeta em sua ferramenta CAD. No entanto, se você quer ser um especialista em design de alta velocidade, então você precisa aprender a aproveitar o software de design de PCB para calcular a impedância de traço usando informações de uma folha de dados de material de PCB. Assuma um papel ativo no início do seu design e você estará totalmente preparado para conquistar sistemas digitais e de RF mais avançados.

Felizmente, você não precisa adivinhar a largura do traço necessária para atingir um alvo de impedância, basta usar o calculador de impedância de PCB totalmente integrado no Altium Designer®. Para implementar a colaboração no ambiente interdisciplinar de hoje, empresas inovadoras estão usando a plataforma Altium 365™ para compartilhar facilmente dados de design e colocar projetos em fabricação.

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