Kiểm soát trở kháng PCB

BẰNGPCB Tốc độ chuyển đổi tín hiệu tiếp tục tăng, các nhà thiết kế PCB ngày nay cần hiểu và kiểm soát trở kháng của dấu vết PCB. Với thời gian truyền tín hiệu ngắn hơn và tốc độ xung nhịp cao hơn của các mạch kỹ thuật số hiện đại, dấu vết PCB không còn là kết nối đơn giản mà là đường truyền.

Trong thực tế, cần phải kiểm soát trở kháng vết ở tốc độ cận biên kỹ thuật số cao hơn 1ns hoặc tần số analog trên 300 MHz. Một trong những thông số chính của dấu vết PCB là trở kháng đặc tính của chúng (tức là tỷ lệ giữa điện áp và dòng điện của sóng khi nó truyền dọc theo đường truyền tín hiệu). Trở kháng đặc tính của dây dẫn bảng mạch in là một chỉ số quan trọng trong thiết kế bảng mạch, đặc biệt là trongthiết kế PCBcủa mạch tần số cao thì phải xem trở kháng đặc tính của dây dẫn và thiết bị hoặc tín hiệu yêu cầu trở kháng đặc tính là như nhau, có phù hợp hay không. Điều này liên quan đến hai khái niệm: điều khiển trở kháng và phối hợp trở kháng, bài viết này tập trung vào các vấn đề về điều khiển trở kháng và thiết kế xếp chồng.

Điều khiển trở kháng, dây dẫn trong bảng mạch sẽ có nhiều đường truyền tín hiệu khác nhau, để nâng cao tốc độ truyền tải và phải cải thiện tần số của nó, bản thân đường dây, nếu do ăn mòn, độ dày của lớp nhiều lớp, chiều rộng của dây dẫn và các yếu tố khác nhau sẽ dẫn đến trở kháng đáng thay đổi, do đó tín hiệu của nó bị méo. Do đó, dây dẫn trong bảng mạch tốc độ cao, giá trị trở kháng của nó phải được kiểm soát trong một phạm vi nhất định, gọi là "điều khiển trở kháng".

Trở kháng của vết PCB sẽ được xác định bởi độ tự cảm, điện dung, điện trở và độ dẫn điện của nó. Các yếu tố ảnh hưởng đến trở kháng của vết PCB là: chiều rộng của dây đồng, độ dày của dây đồng, hằng số điện môi của chất điện môi, độ dày của chất điện môi, độ dày của miếng đệm, đường đi của dây nối đất, vết xung quanh vết, v.v. Trở kháng PCB dao động từ 25 đến 120 ohm.

Trong thực tế, cần phải kiểm soát trở kháng vết ở tốc độ cận biên kỹ thuật số cao hơn 1ns hoặc tần số analog trên 300 MHz. Một trong những thông số chính của dấu vết PCB là trở kháng đặc tính của chúng (tức là tỷ lệ giữa điện áp và dòng điện của sóng khi nó truyền dọc theo đường truyền tín hiệu). Trở kháng đặc tính của dây dẫn bảng mạch in là một chỉ số quan trọng của thiết kế bảng mạch, đặc biệt trong thiết kế PCB của mạch tần số cao, phải xem xét trở kháng đặc tính của dây dẫn và thiết bị hoặc tín hiệu theo yêu cầu của trở kháng đặc tính giống nhau, có phù hợp hay không. Điều này liên quan đến hai khái niệm: điều khiển trở kháng và phối hợp trở kháng, bài viết này tập trung vào các vấn đề về điều khiển trở kháng và thiết kế xếp chồng.

Điều khiển trở kháng, dây dẫn trong bảng mạch sẽ có nhiều đường truyền tín hiệu khác nhau, để nâng cao tốc độ truyền tải và phải cải thiện tần số của nó, bản thân đường dây, nếu do ăn mòn, độ dày của lớp nhiều lớp, chiều rộng của dây dẫn và các yếu tố khác nhau sẽ dẫn đến trở kháng đáng thay đổi, do đó tín hiệu của nó bị méo. Do đó, dây dẫn trong bảng mạch tốc độ cao, giá trị trở kháng của nó phải được kiểm soát trong một phạm vi nhất định, gọi là "điều khiển trở kháng".

Trở kháng của vết PCB sẽ được xác định bởi độ tự cảm, điện dung, điện trở và độ dẫn điện của nó. Các yếu tố ảnh hưởng đến trở kháng của vết PCB là: chiều rộng của dây đồng, độ dày của dây đồng, hằng số điện môi của chất điện môi, độ dày của chất điện môi, độ dày của miếng đệm, đường đi của dây nối đất, vết xung quanh vết, v.v. Trở kháng PCB dao động từ 25 đến 120 ohm. Trong thực tế, đường truyền PCB thường bao gồm một vết dây, một hoặc nhiều lớp tham chiếu và vật liệu cách điện. Dấu vết và các lớp tạo thành trở kháng điều khiển. PCB thường có nhiều lớp và trở kháng điều khiển có thể được cấu tạo theo nhiều cách khác nhau. Tuy nhiên, dù sử dụng phương pháp nào thì giá trị của trở kháng sẽ được xác định bởi cấu trúc vật lý của nó và các đặc tính điện tử của vật liệu cách điện:

       Chiều rộng và độ dày của dấu vết tín hiệu;

       Chiều cao của lõi hoặc vật liệu điền sẵn ở hai bên của dấu vết;

       Cấu hình của các dấu vết và các lớp bảng;

       Các hằng số cách điện của lõi và vật liệu điền sẵn.

       Có hai dạng đường truyền PCB chính: Microstrip và Stripline.

       Vi dải:

       Microstrip là một dây ruy băng, nghĩa là một đường truyền chỉ có mặt phẳng tham chiếu ở một bên, với mặt trên và các mặt tiếp xúc với không khí (hoặc được phủ), phía trên bề mặt của bảng hằng số cách điện Er, được tham chiếu đến mặt phẳng nguồn hoặc mặt đất.

       Lưu ý: Trên thực tếsản xuất PCB, nhà sản xuất bo mạch thường phủ lên bề mặt PCB một lớp dầu màu xanh lá cây nên trong tính toán trở kháng thực tế, mô hình dưới đây thường được sử dụng cho các đường microstrip bề mặt:

       Đường sọc:

       Đường dây là một dải dây được đặt giữa hai mặt phẳng tham chiếu, như thể hiện trong hình bên dưới và hằng số điện môi của các chất điện môi được biểu thị bằng H1 và H2 có thể khác nhau.

       Hai ví dụ trên chỉ là một minh chứng điển hình cho đường microstrip và đường dải, có nhiều loại đường microstrip và đường dải cụ thể khác nhau, chẳng hạn như đường microstrip nhiều lớp, v.v., tất cả đều liên quan đến cấu trúc xếp chồng của PCB cụ thể.

       Các phương trình dùng để tính trở kháng đặc tính yêu cầu tính toán toán học phức tạp, thường sử dụng các phương pháp giải trường, trong đó có phân tích phần tử biên nên sử dụng phần mềm tính trở kháng đặc tính SI9000, chúng ta chỉ cần điều khiển các thông số của trở kháng đặc tính:

       Hằng số điện môi của lớp cách điện Er, chiều rộng của thẳng hàng W1, W2 (hình thang), độ dày của thẳng hàng T và độ dày của lớp cách điện H.