使用阻抗控制來(lái)管理PCB信號(hào)完整性

在PCB設(shè)計(jì)階段要注意阻抗控制，這一點(diǎn)很重要。阻抗控制涉及為PCB上的走線和傳輸線指定所需的阻抗。這對(duì)于高速信號(hào)尤其重要，并且可能會(huì)受到您的影響。基材，銅線寬度和布線。即使在布置好電路板并選擇了材料之后，您仍需要與合同制造商（CM）合作以實(shí)現(xiàn)最佳設(shè)計(jì)。

什么是阻抗控制及其重要性？

我確定您從學(xué)校記得，阻抗是電路中電阻和電抗的組合。有時(shí)，您需要為網(wǎng)絡(luò)或走線指定該阻抗以保持信號(hào)完整性。阻抗控制和匹配對(duì)于更快和更長(zhǎng)的跟蹤運(yùn)行特別重要。

如果您的網(wǎng)需要進(jìn)行阻抗控制而不是進(jìn)行阻抗控制，那會(huì)發(fā)生什么？傳輸信號(hào)時(shí)，您需要終端阻抗與源阻抗和傳輸阻抗相匹配。這將允許最大量的信號(hào)功率發(fā)送到線路末端。如果傳輸或終端阻抗不匹配，則某些信號(hào)將被反射回跡線并使輸入信號(hào)失真。某些通信協(xié)議比其他協(xié)議可以承受更多的干擾和惡化，因此您需要了解特定信號(hào)的規(guī)格。

如果走線相對(duì)較短或低頻，則可能無(wú)需擔(dān)心阻抗控制。“相對(duì)較短”的經(jīng)驗(yàn)法則是，如果信號(hào)到達(dá)上升線末端花費(fèi)的時(shí)間超過(guò)信號(hào)上升時(shí)間的1?4，則需要對(duì)其進(jìn)行阻抗控制。在頻率方面，如果常規(guī)尺寸的電路板的頻率超過(guò)200 MHz，那么就該開(kāi)始考慮阻抗匹配了。

什么影響阻抗匹配？

現(xiàn)在我們知道了阻抗控制的重要性，但是如何實(shí)際改變走線的阻抗呢？您可以更改兩個(gè)用于阻抗控制的變量：（1）基板材料和布局，以及（2）銅的寬度和走線。

以前，當(dāng)我na著水果卷時(shí)，我只對(duì)草莓味感興趣。這告訴我材料很重要，PCB設(shè)計(jì)也沒(méi)什么不同。各種基板具有影響運(yùn)行阻抗的不同介電特性。層壓板，內(nèi)芯和預(yù)浸料之類(lèi)的東西以及它們的厚度會(huì)改變走線的阻抗。如果您正在設(shè)計(jì)高速板，則需要仔細(xì)研究建議在您的頻率范圍內(nèi)使用哪種材料。

最重要的任務(wù)是保持基材均勻。這意味著，如果將玻璃纖維與樹(shù)脂一起使用，則需要確保其緊密編織，以使介電常數(shù)在整個(gè)區(qū)域內(nèi)保持規(guī)則。您還需要關(guān)注特定的材料特性例如熱膨脹系數(shù)（CTE）。當(dāng)你的PCB升溫在操作過(guò)程中，您的材料將會(huì)擴(kuò)展。介電層的厚度會(huì)直接影響阻抗，而高度的增加可能會(huì)使電路板超出規(guī)格范圍。

阻抗控制最明顯的原因是走線本身。通常，走線的寬度會(huì)隨著電介質(zhì)厚度的變化而變化，以實(shí)現(xiàn)正確的阻抗。然而，重要的不僅僅是銅的數(shù)量。跟蹤路由的位置也很重要。首先要檢查的是，跡線不會(huì)跨越相鄰層中的任何間隙?；迤矫嬷械拈g隙表示該區(qū)域上介電常數(shù)的顯著差異，這將干擾阻抗控制。

在信號(hào)層的至少一側(cè)，您將需要堅(jiān)固的電源或接地平面。單端跟蹤仍具有返回其原點(diǎn)的返回路徑，該路徑試圖直接在運(yùn)行下面進(jìn)行跟蹤。實(shí)心平面將使該電流環(huán)路像差分對(duì)一樣遵循原始軌跡，并減少其對(duì)阻抗的影響。說(shuō)起差分對(duì)，確認(rèn)它們的走線距離很近并且長(zhǎng)度盡可能匹配。

阻抗控制制造

設(shè)計(jì)完理想的PCB之后，您可以完全放心地將其發(fā)送到CM，以確?？梢詫?shí)現(xiàn)您的設(shè)計(jì)意圖，對(duì)嗎？也許。一些廠商會(huì)幫你帶有阻抗控制，但前提是您提供了正確的信息。您仍然需要注意材料以確保一切都在內(nèi)部公差。

許多制造商允許您執(zhí)行以下兩項(xiàng)操作之一：指定介電材料，厚度和銅寬度，或指定所需的阻抗。如果您想自己進(jìn)行所有計(jì)算，我相信您的CM不會(huì)抱怨。只要確保您做對(duì)了。否則，您可以讓您的CM知道您想要的阻抗，它們會(huì)改變基板和走線，從而達(dá)到您的要求。只需確保在進(jìn)行更改后再次檢查即可，以確保沒(méi)有其他影響。

在指定材料時(shí)，請(qǐng)記住，有些東西是標(biāo)準(zhǔn)尺寸的，所有輸入都具有自己的公差。例如，FR4的介電常數(shù)在單批中會(huì)發(fā)生很大變化。如果您需要更可靠的產(chǎn)品，則應(yīng)考慮使用更高的高速特定材料。更改某些層或材料的厚度比其他層或材料更容易。在開(kāi)始設(shè)計(jì)無(wú)法構(gòu)建的內(nèi)容之前，請(qǐng)務(wù)必檢查與CM的通信并了解其優(yōu)勢(shì)和局限性。

無(wú)論您要處理美味的果味小吃還是電路板，完整性都至關(guān)重要。長(zhǎng)或高速走線的阻抗控制將確保您的信號(hào)完整無(wú)缺，失真最小。您可以旋轉(zhuǎn)以實(shí)現(xiàn)此目的的兩個(gè)主要旋鈕是電介質(zhì)材料和厚度，以及銅線寬度和布線。當(dāng)涉及基材時(shí)，您的主要目標(biāo)是使它們盡可能均勻。對(duì)于走線，請(qǐng)確保至少在側(cè)面通過(guò)實(shí)心平面布線，避免出現(xiàn)間隙，并使差分對(duì)的長(zhǎng)度保持相似。