Control de impedancia

En el diseño de productos electrónicos modernos, el control de impedancia juega un papel crucial. El control de impedancia de PCB implica indicadores clave de rendimiento, como la estabilidad de la transmisión de la señal, la capacidad antiinterferencias y el consumo de energía. A continuación, exploremos los conocimientos relevantes sobre el control de impedancia.

¿Qué es la adaptación de impedancia?

La adaptación de impedancias se utiliza principalmente en líneas de transmisión para garantizar que todas las señales de microondas de alta frecuencia se transmitan al punto de carga sin que se produzcan reflexiones de vuelta a la fuente. Esto asegura que los extremos de entrada y salida de la línea de transmisión se encuentren en un estado de adaptación de impedancias, lo que se conoce comúnmente como acoplamiento de impedancias.

¿Por qué es necesaria la adaptación de impedancias?

En el diseño de PCB de baja velocidad, la adaptación de impedancia no siempre es necesaria. Sin embargo, en el diseño de PCB de alta velocidad, para lograr una transmisión de señal completa, confiable, precisa y sin interferencias, es esencial garantizar que el rendimiento del circuito proporcionado por la placa de circuito impreso garantice que no se produzca ningún reflejo de la señal durante la transmisión. La adaptación de impedancia garantiza la integridad de la señal y una baja pérdida de transmisión. Si las señales críticas no logran la adaptación de impedancia, puede provocar reflexión, rebote y pérdida de la señal. Esto puede distorsionar las formas de onda de la señal originalmente buenas, afectando directamente el rendimiento del circuito e incluso la funcionalidad.

¿Qué líneas suelen requerir control de impedancia y cuánta impedancia se necesita?

Como aprendimos anteriormente, no todas las líneas requieren adaptación de impedancia; sólo nuestras líneas de alta velocidad necesitan impedancia controlada. Diferentes señales tienen diferentes valores de impedancia. Los valores comunes de impedancia diferencial incluyen 90 Ω, 100 Ω y 120 Ω. Generalmente, USB 2.0 requiere una impedancia de control de 90 Ω, mientras que HDMI, USB 3.0, MIPI, Fast Ethernet y Gigabit Ethernet requieren una impedancia de 100 Ω. RS422 normalmente requiere una impedancia de 120 Ω y las líneas de un solo extremo generalmente necesitan una impedancia de 50 Ω.

 

¿Qué es el control de impedancia?

Debido al espesor de apilamiento de la placa de circuito y al ancho de la pista, el valor del control de impedancia también es diferente. Para los conductores en una placa de circuito de alta velocidad, su valor de impedancia se controla en un rango específico, lo que se denomina "control de impedancia".

Factores que influyen en la impedancia

Cuando un parámetro varía mientras se mantienen constantes otras condiciones, los factores que afectan la impedancia son los siguientes:

• Ancho de traza: el ancho de traza es inversamente proporcional a la impedancia. Los anchos de traza más delgados tienen una impedancia más alta, mientras que los anchos de traza más anchos tienen una impedancia más baja. Es necesario controlar el ancho de la traza dentro de una tolerancia de +/- 10% para un mejor control de la impedancia. Los espacios en las trazas de la señal afectan toda la forma de onda de prueba y su impedancia de un solo punto es demasiado alta, lo que hace que toda la forma de onda sea desigual. Las líneas de impedancia no deben parchearse y cualquier espacio en el rastro de la señal no debe exceder el 10%. El ancho de la traza se controla principalmente mediante procesos de grabado. Para garantizar la precisión del ancho de la traza, se realiza una compensación de ingeniería en las fotomáscaras en función del corte socavado, los errores litográficos y los errores de transferencia de patrones.
• Espesor dieléctrico: El espesor dieléctrico es directamente proporcional a la impedancia. Cuanto más grueso sea el dieléctrico, mayor será la impedancia. Las diferentes láminas semicuradas tienen distintos contenidos de resina y espesores. El espesor final después de la laminación depende de la planitud de la prensa y del procedimiento de la placa de prensado. Para cualquier tipo de material de tablero, el diseño de ingeniería, el control de la placa de prensa y las tolerancias del material entrante son esenciales para obtener el espesor de capa dieléctrica permitido.
• Constante dieléctrica: La constante dieléctrica es inversamente proporcional a la impedancia. Una constante dieléctrica más alta conlleva una impedancia más baja. La constante dieléctrica se controla principalmente mediante la selección de materiales. Los diferentes materiales de tablero tienen constantes dieléctricas distintas, que están relacionadas con los materiales de resina utilizados. Por ejemplo, los materiales de las placas FR4 tienen constantes dieléctricas que oscilan entre 3.9 y 4.5, y disminuyen al aumentar la frecuencia. Los materiales de los tableros de PTFE tienen constantes dieléctricas que oscilan entre 2.2 y 3.9. La transmisión de señales a alta velocidad requiere valores de impedancia más altos, por lo que se requieren constantes dieléctricas más bajas.
• Espesor del cobre: ​​El espesor de la lámina de cobre es inversamente proporcional a la impedancia. Cuanto más grueso es el cobre, menor es la impedancia. El espesor del cobre se puede controlar mediante galvanoplastia de patrón o seleccionando una lámina de cobre como material base con el espesor adecuado.
• Espesor de la máscara de soldadura: El espesor de la máscara de soldadura es inversamente proporcional a la impedancia. Dentro de un cierto rango, cuanto más gruesa sea la máscara de soldadura, menor será la impedancia. Normalmente, imprimir una pasada de máscara de soldadura reduce la impedancia de un solo extremo en 2 ohmios y la impedancia diferencial en 8 ohmios. El valor de reducción se duplica al imprimir dos pasadas en comparación con una pasada. Después de imprimir tres veces o más, el valor de impedancia ya no cambia.

Diseño y control de impedancia de PCBAndAssembly

(solo muestreo de impedancia diferencial de 100 Ω)

• Acumulación de diseños. Ellos en. El espesor dieléctrico entre capas debe ser de 50um.

• Diseñar el ancho del circuito y el ancho del espacio. Según simulación, cálculo, diseño, traza del circuito.

el ancho del rastro/espacio para el apilamiento 1# es 70/130um;

el ancho del rastro/espacio para el apilamiento 2# es 95/140um;

el ancho del rastro/espacio para el apilamiento 3# es 125/130um;

el ancho del rastro/espacio para el apilamiento 4# es 105/150um.

Apilamiento No.	Capa (de arriba a abajo)	Tipo De Material	Espesor (μm)	Constante dieléctrica (Er)
Apilamiento 1#	Capa 1	El dieléctrico	37	3.2
	Capa 2	Cobre	18	–
	Capa 3	El dieléctrico	50	3.2
	Capa 4	Cobre	18	–
	Capa 5	El dieléctrico	37	3.2
Apilamiento 2#	Capa 1	El dieléctrico	37	3.2
	Capa 2	Cobre	18	–
	Capa 3	El dieléctrico	65	3.2
	Capa 4	Cobre	18	–
	Capa 5	El dieléctrico	37	3.2
Apilamiento 3#	Capa 1	El dieléctrico	37	3.2
	Capa 2	Cobre	18	–
	Capa 3	El dieléctrico	90	3.2
	Capa 4	Cobre	18	–
	Capa 5	El dieléctrico	37	3.2
Apilamiento 4#	Capa 1	El dieléctrico	37	3.2
	Capa 2	Cobre	35	–
	Capa 3	El dieléctrico	90	3.2
	Capa 4	Cobre	35	–
	Capa 5	El dieléctrico	37	3.2

• Determine los parámetros del proceso mediante la inspección del primer artículo, controle los parámetros del proceso.
• Verifique aleatoriamente la impedancia en producción y verifique aleatoriamente el producto terminado.

Consideraciones para los cálculos de impedancia

• Elija un ancho de trazo más ancho, no más estrecho.

Hay un límite en lo estrechas que pueden ser las trazas en el proceso de fabricación, mientras que no hay límite en lo anchas que pueden ser. Si, durante la fabricación, el fabricante de PCB necesita reducir el ancho de la traza para lograr una impedancia específica y alcanza el límite estrecho, puede generar complicaciones. Esto podría resultar en mayores costos, un control de impedancia relajado o modificaciones de diseño. Por lo tanto, al calcular, apuntar a un ancho de traza relativamente más amplio significa una impedancia objetivo ligeramente menor; por ejemplo, si la impedancia objetivo es 50 ohmios, debemos apuntar a alrededor de 49 ohmios, evitando cálculos cercanos a 51 ohmios.

• Tendencias generales en el control de impedancia.

Nuestro diseño puede tener múltiples objetivos de control de impedancia, ya sea con sesgo hacia valores mayores o hacia valores más pequeños. Evite casos en los que, por ejemplo, los 100 ohmios se desvíen hacia valores más grandes y los 90 ohmios se desvíen hacia valores más pequeños.

• Considere el equilibrio del cobre y el flujo de resina.

Cuando uno o ambos lados de las láminas semicuradas involucran rastros grabados, durante el proceso de laminación, la resina llenará los espacios dejados por los rastros grabados, lo que resulta en una reducción del espesor de la resina entre las capas. Cuanto menor sea el equilibrio de cobre, más resina se agregará y quedará menos. Por lo tanto, si necesita una lámina semicurada con un espesor de 5 mils entre dos capas, elija una lámina semicurada ligeramente más gruesa según el equilibrio de cobre.

• Especifique el tipo de tejido de vidrio y el contenido de resina.

Diferentes tejidos de vidrio y contenidos de resina en las láminas semicuradas o materiales del núcleo dan lugar a diferentes coeficientes de nodo. Incluso con aproximadamente la misma altura, puede haber diferencias entre 3.5 y 4, lo que puede provocar una variación de unos 3 ohmios en la impedancia de una sola línea. Además, el efecto del vidrio y el tamaño de las aberturas de la tela de vidrio están estrechamente relacionados. Si está diseñando para velocidades de 10 Gbps o más y su pila no especifica los materiales, y el fabricante de PCB utiliza material 1080 de una sola hoja, podría provocar problemas de integridad de la señal.

• Comuníquese con el fabricante de PCB.

A veces, puede haber errores de cálculo en el equilibrio del cobre y el flujo de resina, y la constante dieléctrica de los nuevos materiales puede no coincidir con los valores nominales. Es posible que algunos fabricantes de PCB no tengan en stock la tela de vidrio necesaria, lo que genera dificultades a la hora de implementar el apilado o provoca retrasos. Cuando nos encontramos con tales situaciones, el mejor enfoque es comunicarse con el fabricante de PCB desde el comienzo del diseño, pidiéndole que diseñe una pila basada en los requisitos del diseñador y su propia experiencia. A través de múltiples rondas de comunicación y confirmación, se puede lograr una acumulación ideal con unas pocas iteraciones, lo que facilitará el proceso de diseño posterior.

Bienvenido a utilizar nuestra herramienta de cálculo de impedancia. Para dar cabida a más tipos de diseño, lo actualizaremos en el futuro.