Kot ključni nosilec elektronskih sistemov delovanje tiskanih vezij neposredno vpliva na stabilnost in zanesljivost celotnega sistema. nadzor impedance tiskanih vezij je osnovna tehnologija, ki zagotavlja celovitost signalov visoko-hitrosti in-frekvenčnih elektronskih vezij.
1, Kaj je impedanca tiskanih vezij
Impedanca je celovit odraz trenutnega blokirnega učinka vezja. V mikroskopskem svetu prenosnih vodov tiskanih vezij je sestavljen iz porazdeljenih uporov, kondenzatorjev in induktorjev. Ko signal hitri na daljnovodu, če se impedanca daljnovoda ne ujema z impedanco vira signala in obremenitve, je to podobno nenadnemu zoženju ceste ali pojavu ovir. Signal se bo odseval in prvotno pravilna valovna oblika signala bo pokazala popačenje, kot so prekoračitev, prenizka vrednost in zvonjenje. Hkrati bo moč signala še naprej upadala med prenosom, zaradi česar bo prejemnik težko natančno prepoznal signal, kar bo nazadnje vplivalo na normalno delovanje celotnega sistema vezja. Na primer, v vmesniških vezjih USB 3.0 za visoko-hitrostni prenos podatkov, če nadzor impedance tiskanih vezij ni ustrezen, lahko pride do napak pri prenosu podatkov in celo podatkov ni mogoče normalno prenašati.
2, Poglobljena analiza ključnih dejavnikov, ki vplivajo na impedanco tiskanih vezij
Vpliv geometrijskih parametrov daljnovodov
Geometrijski parametri daljnovodov so kot »kalupi«, ki oblikujejo impedanco in nanje neposredno in pomembno vplivajo. Širina črte je eden od občutljivih parametrov. Na splošno velja, da čim večja je širina linije, večja je površina prečnega-preseka prenosnega voda, manjši je upor in večja je medvodna kapacitivnost in induktivnost, kar ima za posledico zmanjšanje karakteristične impedance; Nasprotno, ožja kot je širina črte, večja je karakteristična impedanca. Če za primer vzamemo običajni prenosni vod z impedanco 50 Ω, bo morda treba v tiskanih vezjih s posebno strukturo in materialom natančno nadzorovati širino črte pri približno 0,15 mm, da se izpolnijo zahteve glede impedance.
Spremembe dolžine vrstice ni mogoče prezreti. Ko se dolžina linije poveča, se kumulativni učinek upora, kapacitivnosti in induktivnosti signala med prenosom poveča, kar ne vodi samo do povečanega slabljenja signala, ampak tudi do sprememb karakteristične impedance. V visokofrekvenčnih -vezjih so predolgi prenosni vodi podobni dolgim in razgibanim cestam, ki med prenosom povzročajo resne izgube signala in lahko povzročijo težave s celovitostjo signala.
Medvodni razmik kot pomemben sestavni del geometrijskih parametrov daljnovodov vpliva na kapacitivnost in medsebojno induktivnost med vodi. Ustrezen razmik med linijami lahko zmanjša preslušavanje med linijami, zagotovi čistost signala in tudi vpliva na karakteristično impedanco. Večji razmik med linijami bo zmanjšal kapacitivnost in medsebojno induktivnost med linijami ter povečal karakteristično impedanco; Manjši razmik med linijami bo zmanjšal karakteristično impedanco, vendar lahko poveča tveganje presluha.
Odločilna vloga materialnih lastnosti tiskanih vezij
Lastnosti materiala tiskanih vezij so notranji odločilni dejavniki impedance. Dielektrična konstanta je obratno sorazmerna z impedanco. Večja kot je dielektrična konstanta, večja je kapacitivnost prenosnega voda in nižja je karakteristična impedanca. Dielektrična konstanta različnih vrst plošč tiskanih vezij se zelo razlikuje. Na primer, dielektrična konstanta običajnih plošč FR-4 je običajno med 4,2-4,6, kar je primerno za nizkofrekvenčna in stroškovno občutljiva vezja; Visokofrekvenčni politetrafluoroetilen (PTFE) ima nižjo dielektrično konstanto, običajno med 2,2-2,6, in se običajno uporablja na področjih, kot je visokofrekvenčna komunikacija, ki zahteva izjemno visoko kakovost prenosa signala.
Kot dielektrične izgube odraža stopnjo izgube energije plošče tiskanega vezja pod delovanjem izmeničnega električnega polja. V visokofrekvenčnih -vezjih je velik dielektrični izgubni kot kot "energijska črna luknja", ki bo porabila veliko energije signala in povzročila povečano slabljenje signala. Zato je pri načrtovanju visokofrekvenčnega vezja izbira plošče z nizko dielektrično izgubo ključna za zagotavljanje kakovosti signala.
Pomembna vloga treh referenčnih ravnin
Referenčna ravnina ima nepogrešljivo vlogo pri nadzoru impedance tiskanih vezij. Razdalja med daljnovodom in referenčno ravnino neposredno vpliva na impedanco. Čim manjša je razdalja, tem večja je kapacitivnost in nižja je značilna impedanca; Nasprotno, večja je značilna impedanca. Pri načrtovanju sklopov tiskanih vezij je treba natančno nadzorovati razdaljo med prenosnim vodom in referenčno ravnino v skladu z zahtevami impedance, da se doseže ciljna impedanca.
Pomembna je tudi celovitost referenčne ravnine. Če so v referenčni ravnini prekinitve ali delitve, tako kot razbita cesta, lahko to povzroči spremembe v trenutni porazdelitvi daljnovoda in s tem spremeni impedanco. Na primer, pri -ploščah s tiskanim vezjem za prenos signala visoke hitrosti, če obstajajo vrzeli v ozemljitveni ravnini, bo to vplivalo na povratno pot prenosnega voda, kar bo povzročilo nihanje impedance in resno vplivalo na celovitost signala.
3, Uresničite nadzor impedance tiskanih vezij v vseh pogledih
1. Skrbno načrtovana faza postavitve
Faza načrtovanja je izhodiščna točka in faza načrtovanja načrta za implementacijo nadzora impedance tiskanih vezij. Razumna postavitev zlaganja je osnova, ki zahteva celovito preučitev postavitve signalne plasti, napajalne plasti in ozemljitvene plasti ter izbiro debeline dielektrika in materialov med posameznimi plastmi. Simetrična zložena struktura se običajno uporablja za zagotovitev enakomerne razdalje med signalno plastjo in referenčno ravnino, kar zagotavlja stabilno okolje za prenos signala. Na primer, ko načrtujete štirislojno ploščo, lahko napajalni in ozemljitveni sloj postavite v srednji dve plasti, zgornji in spodnji sloj pa lahko uporabite kot signalni sloj. Z ustrezno nastavitvijo debeline dielektrika med vsako plastjo je mogoče doseči predhodno kontrolo impedance.
Natančen izračun širine in razmika med črtami je ena ključnih nalog v fazi načrtovanja. S pomočjo profesionalnih orodij za izračun impedance, kot so PolarSI9000, HyperLynx itd., je mogoče natančno izračunati širino linije in razmik prenosnih vodov na podlagi značilnosti materialov tiskanih vezij, zloženih struktur in pričakovanih vrednosti impedance. V procesu izračuna je treba v celoti upoštevati tudi vpliv proizvodnih toleranc, rezervirati ustrezne rezerve in zagotoviti, da dejansko izdelana tiskana vezja izpolnjujejo zahteve glede impedance.
Za diferencialne signale, ki se pogosto uporabljajo v-hitrostnih tokokrogih, njihova zasnova zahteva strožji nadzor. Za strog nadzor širine črte, razmika in ujemanja dolžine diferencialnih parov je diferencialna impedanca na splošno zasnovana tako, da znaša 100 Ω. Z uporabo serpentinastega usmerjanja in drugih metod za prilagoditev dolžine diferencialnih parov sta dolžini obeh prenosnih linij čim bolj enaki, kar zmanjša razlike v zakasnitvi prenosa signala in zagotovi celovitost diferencialnih signalov.
2 .Strogo nadzorovane proizvodne faze
Faza izdelave je ključni korak pri preoblikovanju oblikovalskih načrtov v dejanske izdelke in ima odločilno vlogo pri nadzoru impedance tiskanih vezij. Kar zadeva izbiro materiala, je treba izbrati plošče z natančno in stabilno dielektrično konstanto in nizko dielektrično izgubo, da se zagotovi nadzor impedance iz vira. Hkrati je treba strogo nadzorovati kakovost plošče, da se izognemo nihanjem delovanja zaradi razlik v serijah materialov.
Tehnologija natančne obdelave je jedro proizvodne faze. Postopek jedkanja neposredno določa natančnost širine črte in kakovost robov prenosnega voda, pri čemer je potreben natančen nadzor parametrov, kot so čas jedkanja, koncentracija raztopine za jedkanje in temperatura, da se prepreči odstopanje širine črte, ki ga povzroči prekomerno ali nezadostno jedkanje. Postopek laminiranja vpliva na enakomernost srednje debeline. Med postopkom laminiranja je treba strogo nadzorovati parametre, kot so tlak, temperatura in čas, da se izognemo pojavu mehurčkov in nečistoč ter zagotovimo, da so plasti tesno sprijete in da je debelina medija konsistentna. Postopek galvanizacije je povezan s prevodnostjo in odpornostjo na korozijo daljnovodov. Natančen nadzor časa galvanizacije, gostote toka in drugih parametrov zagotavlja enakomerno debelino prevleke in izboljša električno zmogljivost prenosnih vodov. Poleg tega je zaradi neizogibnega obstoja toleranc v proizvodnem procesu, kot so tolerance širine črte, tolerance debeline dielektrika itd., treba kompenzirati tolerance pri izdelavi v fazi načrtovanja. Z ustrezno prilagoditvijo konstrukcijskih parametrov je mogoče zmanjšati vpliv proizvodnih toleranc na impedanco.
3. stroga in natančna testiranja in stopnje preverjanja
Po zaključku izdelave tiskanih vezij sta testiranje in preverjanje zadnji korak za zagotavljanje skladnosti impedance. Reflektometer v časovni domeni (TDR) je pogosto uporabljen instrument za testiranje impedance, ki lahko hitro in natančno izračuna vrednost impedance prenosnega voda in lokacijo prekinitev impedance s pošiljanjem visoko{1}}hitrostnih impulznih signalov na prenosni vod in merjenjem odbitih signalov. Omrežni analizatorji se večinoma uporabljajo za merjenje parametrov S- RF in mikrovalovnih vezij. Z analizo in izračunom parametrov S- se pridobijo impedančne karakteristike prenosnih vodov pri različnih frekvencah, kar zagotavlja podrobne informacije za testiranje impedance visokofrekvenčnih tokokrogov-.
Po pridobitvi rezultatov testa je -potrebna poglobljena analiza. Če rezultati preskusa odstopajo od projektnih vrednosti znotraj dovoljenega območja, to pomeni, da regulacija impedance tiskanih vezij izpolnjuje zahteve; Če odstopanje preseže dovoljeno območje, je treba skrbno raziskati vzrok, ki lahko vključuje napake pri načrtovanju, odstopanja proizvodnega procesa, nihanja učinkovitosti materiala itd. Sprejmite ustrezne optimizacijske ukrepe iz različnih razlogov, kot je prilagoditev konstrukcijskih parametrov, izboljšanje proizvodnih procesov ali zamenjava materialov, in znova izvajajte testiranje impedance, dokler rezultati preskusa ne bodo izpolnjevali konstrukcijskih zahtev.