Как читать таблицу импеданса печатной платы

В начале развития программного обеспечения для электронного проектирования (ECAD) не все конструкторы имели доступ к калькулятору импеданса дорожек печатной платы (PCB). Тем не менее, им все равно могло потребоваться разработать высокоскоростную печатную плату или плату для радиочастотных приложений, а это значит, что возникала необходимость в расчете импеданса дорожек. Для дифференциальных пар это означало наличие требований к импедансу дифференциальной пары или, скорее, к нечетному импедансу. Независимо от ситуации, если у вас не было калькулятора импеданса, приходилось полагаться на измерения или какой-то другой набор данных для получения точного значения ширины дорожки на вашей печатной плате.

Если вы хотели полностью игнорировать импеданс, вы могли использовать устаревшую технику, такую как применение правила критической длины к каждой цепи. Если вам была нужна точность, на помощь приходили производители. Некоторые производители могут предоставить стандартный набор слоев, который можно использовать для множества различных конструкций. Пока не требуются специальные материалы, стандартные наборы слоев могут использоваться для множества различных систем, включая высокоскоростные печатные платы. И для того, чтобы сообщить требуемую ширину дорожки для различных значений импеданса, производитель может предоставить таблицу импедансов.

Что такое таблица импедансов дорожек?

Таблица импедансов печатной платы предоставит требуемую ширину дорожки для достижения целевого значения импеданса на стандартном наборе слоев. Для дифференциальных пар также указывается значение расстояния между дорожками. Производители предоставляют таблицы импедансов дорожек в качестве руководств для конструкторов, которым необходимо реализовать контролируемый импеданс в их печатных платах. Они очень просты в чтении, и значения из таблицы импедансов дорожек могут быть использованы для создания правил проектирования в вашей CAD-системе. Ниже показан пример таблицы импедансов для печатной платы на 8 слоев.

Все таблицы импедансов печатных плат имеют некоторые общие характеристики:

• Обычно они указывают одно значение однопроводной (и, возможно, одно дифференциальной) импеданса на слой
• Они поставляются в соответствии с определенным стандартным набором слоев, или производитель может предоставить измеренные данные для индивидуального набора слоев
• Некоторые производственные предприятия включают значение потерь для каждого слоя в таблицу импедансов
• В таблицах импедансов обычно указываются только стандартные значения импеданса, такие как 50 Ом однопроводной или 100 Ом дифференциальной

Как создаются таблицы импедансов печатных плат

Если вы используете подход с контролируемым диэлектриком для проектирования вашего набора слоев, вы будете использовать симулятор или калькулятор с данными Dk из технического описания для расчета импеданса на каждом слое. Другой вариант - измерить импеданс на каждом слое с помощью тестового образца. Производители делают то же самое, они просто предоставляют эти данные дизайнерам, чтобы дизайнеру не приходилось выполнять эти симуляции, расчеты или измерения самостоятельно.

Стандартные наборы слоев обычно используют широко доступный диэлектрик, с которым производитель очень хорошо знаком. Это означает, что у них уже может быть много измеренных данных для этого конкретного набора материалов, особенно если требуемые импедансы являются общепринятыми значениями. Если у них нет измеренных данных, но они предоставляют таблицы импедансов, вероятно, они определяют это с помощью инструмента симуляции, такого как Simbeor или Ansys.

Когда измеряются S-параметры, они фиксируются как спектр. Пример показан ниже. Когда потери указываются в таблице импедансов, они никогда не предоставляются как спектр. Обычно они указываются на конкретной частоте, обычно 5 или 10 ГГц.

Точность однопроводной по сравнению с дифференциальной

Иногда в таблицах импедансов можно увидеть неверное указание дифференциального импеданса на том же слое, что и однопроводной импеданс. Как пример, дифференциальный и однопроводной импеданс на одном слое могут быть указаны, как показано ниже.

Вы заметили ошибку в приведенной выше таблице?

Ошибка здесь в первых двух строках. Дифференциальный импеданс взят как равный удвоенному однопроводному импедансу, что неверно. Однопроводной импеданс является характеристическим импедансом, в то время как дифференциальный импеданс всегда в два раза больше импеданса нечетного режима.

Как вы уже должны знать из другой статьи, довольно часто импеданс нечетного режима сильно отличается от однопроводного импеданса, и отклонения на 10% или 20% являются обычным делом. Если вы видите запись, подобную показанной в первой строке выше, скорее всего, эта запись неточна.

Исключение составляют очень тонкие слои. Когда толщина слоя (H) значительно меньше расстояния между дорожками в дифференциальной паре (S), тогда импеданс нечетного режима может быть очень похож на характеристический импеданс. Это типичная ситуация для тонких слоев, таких как те, что встречаются на платах HDI.

Стоит ли использовать таблицу импедансов?

Я думаю, что таблицы импедансов полезны как проверка стека, который вы разрабатываете в своем САПР. Однако, если вы хотите стать экспертом по высокоскоростному проектированию, тогда вам нужно научиться использовать программное обеспечение для проектирования печатных плат для расчета импеданса дорожек, используя информацию из технического описания материалов платы. Принимайте активное участие в начале вашего проекта, и вы будете полностью готовы к работе с более сложными цифровыми и РЧ системами.

К счастью, вам не придется гадать, какая ширина дорожки необходима для достижения целевого импеданса, просто используйте полностью интегрированный калькулятор импеданса печатных плат в Altium Designer®. Для реализации сотрудничества в современной междисциплинарной среде, инновационные компании используют платформу Altium 365™ для легкого обмена данными проектирования и запуска проектов в производство.

Мы только начали раскрывать возможности Altium Designer на Altium 365. Начните ваш бесплатный пробный период Altium Designer + Altium 365 уже сегодня.