Като ключов носител на електронни системи, производителността на печатните платки пряко влияе върху стабилността и надеждността на цялата система. контролът на импеданса на печатните платки е основната технология, която гарантира целостта на високо-скоростните и високо{2}}честотните сигнали на електронните вериги.
1, Какво е импеданс на печатни платки
Импедансът е цялостно отражение на текущия блокиращ ефект на верига. В микроскопичния свят на предавателните линии на печатни платки, той се състои от разпределени резистори, кондензатори и индуктори. Когато сигналът превишава скорост по преносна линия, ако импедансът на преносната линия не съвпада с импеданса на източника на сигнала и товара, това е като внезапно стесняване на пътя или поява на препятствия. Сигналът ще се отрази и първоначално нормалната форма на вълната на сигнала ще покаже явления на изкривяване, като превишаване, занижаване и звънене. В същото време силата на сигнала ще продължи да намалява по време на предаване, което затруднява точното разпознаване на сигнала от приемащия край, което в крайна сметка засяга нормалната работа на цялата електрическа система. Например, в USB 3.0 интерфейсни вериги за високо-скоростно предаване на данни, ако контролът на импеданса на печатните платки е неправилен, могат да възникнат грешки при предаване на данни и дори данните не могат да се предават нормално.
2, Задълбочен анализ на ключови фактори, влияещи върху импеданса на печатни платки
Влиянието на геометричните параметри на електропроводите
Геометричните параметри на преносните линии са като "калъпи", които оформят импеданса и имат пряко и значително влияние върху тях. Ширината на линията е един от чувствителните параметри. Най-общо казано, колкото по-широка е широчината на линията, толкова по-голяма е площта на напречното-сечение на предавателната линия, толкова по-ниско е съпротивлението и толкова по-големи са междулинейният капацитет и индуктивност, което води до намаляване на характеристичния импеданс; Напротив, колкото по-тясна е ширината на линията, толкова по-висок е характеристичният импеданс. Вземайки обикновената предавателна линия с импеданс от 50 Ω като пример, в печатни платки със специфична подредена структура и материал, може да е необходимо да се контролира прецизно ширината на линията около 0,15 mm, за да се изпълнят изискванията за импеданс.
Промяната в дължината на линията не може да бъде пренебрегната. Тъй като дължината на линията се увеличава, кумулативният ефект на съпротивлението, капацитета и индуктивността, изпитван от сигнала по време на предаване, се засилва, което не само води до повишено затихване на сигнала, но също така и промени в характеристичния импеданс. Във високо-честотните вериги прекалено дългите предавателни линии са като дълги и неравни пътища, причиняващи сериозна загуба на сигнал по време на предаване и лесно водещи до проблеми с целостта на сигнала.
Разстоянието между линиите, като важен компонент на геометричните параметри на преносните линии, влияе върху капацитета и взаимната индуктивност между линиите. Подходящото разстояние между линиите може да намали смущенията между линиите, да осигури чистота на сигнала и също да повлияе на характеристичния импеданс. По-голямото разстояние между линиите ще намали капацитета и взаимната индуктивност между линиите и ще увеличи характеристичния импеданс; По-малкото разстояние между линиите ще намали характеристичния импеданс, но може да увеличи риска от кръстосани смущения.
Решаващата роля на материалните характеристики на печатните платки
Материалните характеристики на печатните платки са присъщите определящи фактори на импеданса. Диелектричната константа е обратно пропорционална на импеданса. Колкото по-голяма е диелектричната константа, толкова по-голям е капацитетът на предавателната линия и толкова по-нисък е характеристичният импеданс. Диелектричната константа на различните видове платки с печатни платки варира значително. Например, диелектричната константа на обикновените платки FR-4 обикновено е между 4,2-4,6, което е подходящо за нискочестотни и ценово чувствителни вериги; Високочестотният листов политетрафлуоретилен (PTFE) има по-ниска диелектрична константа, обикновено между 2,2-2,6, и обикновено се използва в области като високочестотна комуникация, които изискват изключително високо качество на предаване на сигнала.
Ъгълът на диелектричните загуби отразява степента на загуба на енергия на платката на печатни платки под действието на променливо електрическо поле. Във високо{1}}честотните вериги големият ъгъл на диелектрични загуби е като „енергийна черна дупка“, която ще консумира голямо количество енергия на сигнала и ще доведе до засилено затихване на сигнала. Следователно, при проектирането на високочестотни вериги, изборът на платка с ниски диелектрични загуби е ключът към осигуряване на качество на сигнала.
Важната роля на 3 референтни равнини
Референтната равнина играе незаменима роля при контрола на импеданса на печатни платки. Разстоянието между предавателната линия и референтната равнина има пряко влияние върху импеданса. Колкото по-близо е разстоянието, толкова по-голям е капацитетът и толкова по-нисък е характеристичният импеданс; Обратно, колкото по-висок е характеристичният импеданс. При проектирането на стекове от печатни платки е необходимо точно да се контролира разстоянието между предавателната линия и референтната равнина в съответствие с изискванията за импеданс, за да се постигне целевият импеданс.
Целостта на референтната равнина също е от решаващо значение. Ако има прекъсвания или разделения в референтната равнина, точно като разбит път, това може да причини промени в текущото разпределение на преносната линия, като по този начин промени импеданса. Например, при високо{2}}печатни платки за предаване на сигнал, ако има пропуски в заземителната равнина, това ще повлияе на обратния път на предавателната линия, причинявайки колебания на импеданса и сериозно засягайки целостта на сигнала.
3, Осъществете контрол на импеданса на печатни платки във всички аспекти
1. Внимателно планиран етап на оформление
Фазата на проектиране е началната точка и фазата на планиране на плана за внедряване на контрол на импеданса на печатни платки. Разумното оформление на подреждането е основата, което изисква цялостно разглеждане на оформлението на слоя на сигнала, слоя на мощността и слоя на земята, както и избора на дебелина на диелектрика и материали между всеки слой. Обикновено се използва симетрична подредена структура, за да се осигури еднакво разстояние между слоя на сигнала и референтната равнина, осигурявайки стабилна среда за предаване на сигнала. Например, когато проектирате четирислойна платка, силовият слой и заземителният слой могат да бъдат поставени в средните два слоя, а горният и долният слой могат да се използват като сигнални слоеве. Чрез разумно настройване на дебелината на диелектрика между всеки слой може да се постигне предварителен контрол на импеданса.
Точното изчисляване на ширината на линията и разстоянието е една от основните задачи във фазата на планиране. С помощта на професионални инструменти за изчисляване на импеданса като PolarSI9000, HyperLynx и др., ширината на линиите и разстоянието на предавателните линии могат да бъдат точно изчислени въз основа на характеристиките на материалите на печатните платки, подредените структури и очакваните стойности на импеданса. В процеса на изчисление е необходимо също така напълно да се вземе предвид влиянието на производствените толеранси, да се запазят подходящи маржове и да се гарантира, че действително произведените печатни платки отговарят на изискванията за импеданс.
За диференциални сигнали, широко използвани във високо-скоростни вериги, техният дизайн изисква по-строг контрол. За да се контролира стриктно ширината на линията, разстоянието и съвпадението на дължината на диференциалните двойки, диференциалният импеданс обикновено е проектиран да бъде 100 Ω. Чрез използване на серпентинообразно маршрутизиране и други методи за регулиране на дължината на диференциалните двойки, дължините на двете предавателни линии са възможно най-равни, намалявайки разликите в забавянето на предаването на сигнала и гарантирайки целостта на диференциалните сигнали.
2 .Строго контролирани етапи на производство
Фазата на производство е решаваща стъпка в трансформирането на проектните чертежи в действителни продукти, играейки решаваща роля в контрола на импеданса на печатните платки. По отношение на избора на материал е необходимо да се изберат пластини с точна и стабилна диелектрична константа и ниска диелектрична загуба, за да се гарантира, че контролът на импеданса е гарантиран от източника. В същото време е необходимо да се контролира стриктно качеството на дъската, за да се избегнат колебания в производителността, причинени от разликите в партидите на материала.
Технологията за прецизна обработка е в основата на етапа на производство. Процесът на ецване директно определя точността на ширината на линията и качеството на ръба на предавателната линия, изисквайки прецизен контрол на параметри като време за ецване, концентрация на разтвора за ецване и температура, за да се предотврати отклонение в ширината на линията, причинено от прекомерно или недостатъчно ецване. Процесът на ламиниране влияе върху равномерността на средната дебелина. По време на процеса на ламиниране е необходимо да се контролират стриктно параметри като налягане, температура и време, за да се избегне появата на мехурчета и примеси и да се гарантира, че слоевете са плътно залепени и средната дебелина е постоянна. Процесът на галванопластика е свързан с проводимостта и устойчивостта на корозия на преносните линии. Прецизният контрол на времето за галванопластика, плътността на тока и други параметри осигурява равномерна дебелина на покритието и подобрява електрическите характеристики на предавателните линии. В допълнение, поради неизбежното съществуване на допуски в производствения процес, като допуски за ширина на линията, допуски за дебелина на диелектрика и т.н., е необходимо да се компенсират производствените допуски по време на фазата на проектиране. Чрез подходящо регулиране на проектните параметри влиянието на производствените толеранси върху импеданса може да бъде намалено.
3. строги и щателни етапи на тестване и проверка
След завършване на производството на печатни платки, тестването и проверката са последните стъпки за осигуряване на съответствие с импеданса. Рефлектометърът във времева област (TDR) е често използван инструмент за тестване на импеданса, който може бързо и точно да изчисли стойността на импеданса на преносната линия и местоположението на импедансните прекъсвания чрез изпращане на импулсни сигнали с висока-скорост към преносната линия и измерване на отразените сигнали. Мрежовите анализатори се използват главно за измерване на S-параметрите на RF и микровълнови вериги. Чрез анализиране и изчисляване на S-параметрите се получават характеристиките на импеданса на предавателните линии при различни честоти, предоставяйки подробна информация за тестване на импеданс на високо-честотни вериги.
След получаване на резултатите от теста е необходим-задълбочен анализ. Ако резултатите от изпитването се отклоняват от проектните стойности в рамките на допустимия диапазон, това показва, че контролът на импеданса на печатните платки отговаря на изискванията; Ако отклонението надвишава допустимия обхват, е необходимо внимателно да се проучи причината, която може да включва грешки в изчисленията на проекта, отклонения в производствения процес, колебания в производителността на материала и т.н. Вземете съответните мерки за оптимизация по различни причини, като коригиране на параметрите на дизайна, подобряване на производствените процеси или подмяна на материали, и провеждайте тестване на импеданса отново, докато резултатите от теста отговарят на изискванията на дизайна.