Geregelte Impedanz ist die Praxis des Entwerfen und Herstellen von Leiterplattenspuren, so dass ihre charakteristische Impedanz ein bestimmtes Ziel und Toleranz erfüllt. Das Ergebnis hängt von der Leitergeometrie, dem dielektrischen Aufbau und den Referenzebenen ab. Eine vollständige Anforderung gibt auch an, wie der Hersteller die fertige Struktur überprüfen wird.
Eine Notiz, die besagt, dass nur „50 Ohm“ stehen, lassen wichtige Entscheidungen offen. Welche Netze und Schichten deckt es ab? Ist das Ziel Single-Ended oder Differential? Darf der Verarbeiter die Spurbreite ändern? Was macht eine vorbeigehende Messung aus?
Diese Entscheidungen verbinden das Schaltungsdesign mit dem Produktionsauftrag. Stimmen Sie ihnen zu, bevor Sie den Vorstand freigeben.
Wichtige Erkenntnisse
- Auswerten der Signalflankenzeit und Laufzeitverzögerung; Die Taktfrequenz allein bestimmt nicht die Notwendigkeit einer Impedanzregelung.
- Geben Sie den Impedanzmodus, die Netzklasse, die Signalschicht, die Referenzebenen, das Ziel und die Toleranz zusammen an.
- Bestätigen Sie die fertige Spurengeometrie mit dem eigentlichen Materialaufbau und der Produktionsstapelung.
- Vereinbaren Sie vor der Herstellung den Coupon, die TDR-Methode, das Messfenster, die Probenahme und die Abnahmeregel.
- Ein Passing Coupon unterstützt die Prozessverifizierung. Es zertifiziert nicht jedes geroutete Netz oder kompletten Kanal.
Wann benötigt eine PCB-Trace Impedanzkontrolle?
Verwenden Sie die PCB-Impedanzsteuerung, wenn die Schnittstelle dies erfordert oder wenn Übertragungsleitungseffekte für das Signal wichtig sind. Beginnen Sie mit der Layoutführung und den elektrischen Anforderungen des Geräts und vergleichen Sie dann die Flugzeit mit der schnellsten relevanten Anstiegs- oder Abfallzeit.
Vergleichen Sie die Kantenzeit mit der Ausbreitungsverzögerung
Die Wiederholungsrate und die Kantenzeit beschreiben verschiedene Dinge. Zwei Treiber, die mit derselben Taktfrequenz laufen, können sehr unterschiedliche Anstiegszeiten haben. Tektronix & # 8217; S Sondenkarten-Tutorial Unterscheidet die Wiederholungsfrequenz von der Bandbreite, die zum Erhalt der Pulsform erforderlich ist. Schnellere Kanten erfordern die Berücksichtigung von höherfrequenten Inhalten.
Nehmen Sie für eine illustrative Berechnung eine Ausbreitungsgeschwindigkeit von 150 mm / n:
Einwegverzögerung = Streckenlänge ÷ Geschwindigkeit = 30 mm ÷ 150 mm / ns = 0,2 ns.
Diese Verzögerung ist ein viel größerer Bruchteil einer Kante von 0,5 ns als eine Kante von 5 ns. Die angenommene Geschwindigkeit ist eine Beispieleingabe, keine universelle FR-4-Eigenschaft. Verwenden Sie die tatsächliche Verzögerung bei der Bewertung des Designs. Es gibt keinen einzigen Uhr-Frequenz-Cutoff, der jede Platine abdeckt.
Befolgen Sie die Schnittstellen- und Geräteanforderungen
Notieren Sie für jede Schnittstelle die erforderliche Impedanz, Toleranz, Routing-Topologie und Terminierungsschema. Überprüfen Sie die spezifische Geräte- und Schnittstellenrevision. Vermeiden Sie es, ein Ziel von einer Generation oder Topologie in eine andere zu tragen, ohne es zu überprüfen.
Untersuchen Sie auch Schichtänderungen, Referenzebenenlücken, Konnektoren und Vias. Das Steuern einer langen einheitlichen Spur entfernt keine Diskontinuitäten an anderer Stelle im Signalpfad.
Einseitige Impedanz, Differenzimpedanz und Anpassung
Legen Sie den Impedanzmodus fest, bevor Sie die Nummer angeben. Eine 50-Ohm-Single-End-Leitung und ein 100-Ohm-Differentialpaar beschreiben verschiedene elektrische Strukturen, selbst wenn ihre numerische Beziehung praktisch erscheint.
| Anforderung | was es beschreibt | Was anzugeben |
|---|---|---|
| Single-Ended-Impedanz | ein Signalleiter relativ zu seiner Referenzstruktur | Signalschicht, Referenzebene, Spurengeometrie, Ziel und Toleranz |
| Differenzialimpedanz | Ein Paar mit gleichen und entgegengesetzten Signalen | Beide Spuren, Kante-zu-Kanten-Paarspalt, Referenzstruktur, Ziel und Toleranz |
| Impedanzanpassung | Die Beziehung zwischen Quelle, Verbindung und Last | Fahrerverhalten, Leitungsimpedanz, Belastungs- und Terminierungsstrategie |
Kopplung ändert das Differentialergebnis
Die Differenzimpedanz ist nicht automatisch das Doppelte der einseitigen Impedanz einer isolierten Spur. Die Felder des Paares interagieren und der Abstand beeinflusst das Ergebnis. Ein Löser kann die Impedanz im ungeraden Modus für die Anregung der Gegenpolarität oder die Impedanz der geraden Mode für die Anregung der gleichen Polarität angeben. Überprüfen Sie, welche Menge es meldet, bevor Sie eine Nummer in die Fertigungszeichnung übertragen.
Eine konforme Spur kann immer noch ein Signal widerspiegeln
Die Impedanzkontrolle legt die Eigenschaften der hergestellten Linie fest. Das Matching adressiert das System um diese Zeile. Eine Spur kann ihr Herstellungsziel erreichen, während ein ungeeigneter Anschluss oder Verbinder immer noch Reflexionen erzeugt.
Texas Instruments & # 8217; Impedanzabgleich der Leiterplatte In der Lektion wird erläutert, wie die Geometrie die Spurimpedanz bestimmt und wie sich die Zuordnung von Driver zu Trace auf Anstiegszeit, Überschwingen und Klingeln auswirkt. Wählen Sie Termination aus dem tatsächlichen Treiber, der Last und der Topologie, anstatt einen Widerstand hinzuzufügen, einfach weil ein Trace eine benannte Impedanz hat.
Wie Stackup und Trace-Geometrie charakteristische Impedanz festlegen
Spurenbreite hat nur innerhalb eines definierten Querschnitts Bedeutung. Die gleiche Breite kann bei zwei Stackups unterschiedliche Impedanz erzeugen, da sich die Feldgeometrie und die dielektrischen Eigenschaften unterscheiden. Analoge Geräte & # 8217; Entwerfen Sie zuverlässige digitale Schnittstellen für aufeinanderfolgende Approximations-ADCs Identifiziert das Übertragungsleitungsmodell, die dielektrischen Eigenschaften, die Leiterabmessungen und den Abstand als Impedanzberechnungseingänge.
Mikrostreifen- und Stripline-Referenzstrukturen
Microstrip läuft auf einer äußeren Schicht oberhalb einer Referenzebene. Seine Felder erstrecken sich durch das Substrat und das umgebende Material, einschließlich jeder Lötmaske. Stripline verläuft innerhalb der Platine zwischen Referenzebenen, wobei Felder in der dielektrischen Struktur enthalten sind.
Eine kontinuierliche Referenzebene stellt die beabsichtigte Rückpfadstruktur bereit. Eine geteilte oder fehlende Referenz unter der Route ändert diese Struktur. Wenn ein Signal die Schichten verändert, braucht sein Rückweg ebenfalls Aufmerksamkeit. Eine einheitliche Querschnittsberechnung modelliert nicht den gesamten Übergang.
Materialeigenschaften, fertiges Kupfer und Maske
Verwenden Sie die Laminatkonstruktion und die dielektrischen Eigenschaften, die der Analysefrequenz entsprechen. DK ist die relative Permittivität des Materials, die oft als Dielektrizitätskonstante bezeichnet wird. „FR-4“ identifiziert eine materielle Familie, nicht eine feste DK. Die PCB-Materialeigenschaften und Auswahlhandbuch Erklärt, warum Bau- und Betriebsanforderungen wichtig sind.
Sierra Circuits & # 8217; Warum kontrollierte Impedanz wirklich wichtig ist Erklärt die Auswirkungen von Breite, dielektrischem Abstand und DK. Für eine definierte Geometrie, bei anderen Eingaben fest:
| Wechseln | Allgemeiner Effekt | Qualifikation |
|---|---|---|
| Spurbreite erhöhen | Senkt die charakteristische Impedanz | Modellieren Sie den fertig geätzten Querschnitt |
| Erhöhen Sie die Entfernung von Spur zu Referenz | Erhöht die Impedanz | Halten Sie die anderen Referenzbeziehungen konsistent |
| Dielektrizitätskonstante erhöhen | senkt die Impedanz | Verwenden Sie geeignete Material- / Konstruktionsdaten |
| Paarabstände reduzieren | Im Allgemeinen senkt die Differentialimpedanz | Die Kopplung hängt von der vollen Geometrie ab |
| Kupferdicke oder Maske ändern | Impedanz ändern | Nehmen Sie die tatsächlich fertige Struktur in das Modell auf |
Geben Sie den dielektrischen Abstand zur Referenzebene an, nicht nur die gesamte Plattendicke. Unterscheiden Sie bei Außenleitern die Startfolie von fertig plattiertem Kupfer. Das Ätzen kann auch einen Trapezleiter hinterlassen als die rechteckige Form, die in einer einfachen Berechnung verwendet wird.
Was ein Impedanzrechner abschätzen kann
Use the PCB-Impedanzrechner für anfängliche Größen- und Empfindlichkeitsprüfungen. Zeichnen Sie seine Geometrie und Annahmen auf. Eine empirische Schätzung ersetzt nicht die Fertigungsprüfung der Produktionskonstruktion.
Bitten Sie den Hersteller, die verfügbaren Materialien, die gepressten dielektrischen Dicken, das fertige Kupfer und die erreichbare Geometrie zu bestätigen. Die FR-4 PCB-Fertigungsseite Beschreibt Unterstützung für kontrollierte Impedanz, die einer technischen Überprüfung unterzogen wird. Stellen Sie diese Konstruktion fest, bevor Sie dichte Bereiche um eine Spurbreite herum verlegen, die möglicherweise geändert werden muss.
Schreiben Sie eine Spezifikation zur Herstellung einer kontrollierten Impedanz
Eine verwendbare Spezifikation verbindet elektrische Anforderungen mit identifizierbaren Netzen und physikalischen Strukturen. Setzen Sie diese Anforderungen in eine kontrollierte Zeichnung oder Tabelle ein und halten Sie ihre Überarbeitung an den Herstellungsdaten ausgerichtet.
Füllen Sie die Impedanztabelle aus
Folgende Hypothetisches Handoff-Beispiel veranschaulicht das Datensatzformatein Seine Abmessungen sind erfundene Beispieleinträge, nicht gelöste Geometrien: Sie zeigen nicht, dass die angegebenen Ziele erreicht werden. Beide Reihen bleiben in der Technik, bis ein Verarbeiter eine verifizierte Konstruktion liefert und der Designbesitzer diese genehmigt.
| Gebiet | Beispiel A | Beispiel B |
|---|---|---|
| NET-Klasse | Ctrl_se | data_diff |
| Signalschicht | L1 | L1 |
| Referenzebene | Kontinuierlicher L2-Boden | Kontinuierlicher L2-Boden |
| Modus und Ziel | Single-Ended, 50 Ω | Differential, 100 Ω |
| Vertragstoleranz | ± 10%, veranschaulichend | ± 10%, veranschaulichend |
| CAD-Spurenbreite | 0,150 mm | 0,150 mm pro Spur |
| Vorgeschlagene fertige Breite | 0,160 mm, nicht verifiziert | 0,160 mm pro Spur, nicht verifiziert |
| Paar von Edge-to-Edge-Lücke | Unzutreffend | 0,150 mm, nicht verifiziert |
| Bauaufzeichnung | Stapel-A, Revision A; Vorschlag erforderlich | Stapel-A, Revision A; Vorschlag erforderlich |
| Anpassungserlaubnis | Keine vor schriftlicher Genehmigung | Keine vor schriftlicher Genehmigung |
| Bestätigungsanfrage | Repräsentativer Coupon und Bericht | Repräsentativer Differentialcoupon und Bericht |
| Freigabestatus | Halten | Halten |
Laden Sie die herunter Leere Impedanz-Übergabe-Vorlage und die Veranschaulichendes gefülltes Beispiel um die Aufzeichnungen an Ihr Projekt anzupassen.
Der Bauaufzeichnungssatz sollte Laminat / Prepreg, relevantes DK und seine Basis, dielektrische Abstände, fertige Kupferdicke und Maskenannahmen identifizieren. Notieren Sie die vom Verarbeiter vorgeschlagene fertige Breite getrennt von der CAD-Grafikbreite. Einschließen von Trace-IDs, wenn ein Netz mehrere Geometrien oder Layer verwendet.
Pair Gap bedeutet den Rand-zu-Edge-Raum zwischen den beiden Leiternein Der Abstand von diesem Paar zu nicht verwandtem Kupfer ist eine separate Routing-Einschränkung.
Stimmen Sie zu, welche Änderungen genehmigt werden müssen
Ein Hersteller kann Änderungen an der Breite, Lücke oder dielektrischen Änderungen vorschlagen, um das Ziel zu erreichen. Entscheiden Sie, was vor der Produktion erlaubt ist. Eine Breitenänderung kann sich auf die Pad-Einträge und Routing-Abstände auswirken. Eine Spaltänderung kann die Kopplung und den verfügbaren Korridor beeinträchtigen.
Verwenden Sie eine Fertigungsnotiz wie:
Wenden Sie die Impedanzanforderungen nur auf die aufgeführten Netzklassen und Layer/Reference-Kombinationen an. Senden Sie den vorgeschlagenen Produktionsstapel, die fertige Geometrie und den Verifizierungsplan zur schriftlichen Genehmigung vor der Herstellung. Änderungen an Material, dielektrischem Abstand, Kupfer, Referenzstruktur, Breite oder Paarlücke müssen genehmigt werden, es sei denn, ein expliziter zulässiger Bereich wird aufgezeichnet.
Dies ist eine Startanweisung und kein Ersatz für die Herstellungsvereinbarung des Projekts. Überprüfen Sie, ob die genehmigten Werte die Produktionsdaten und die Coupon-Definition erreichen. Die Anforderungen an die Einreichung von PCB-Fertigung Identifizieren Sie die Informationen zum Gerber, Bohren, Stapeln und Zeichnen, die für die Überprüfung erforderlich sind.
Überprüfen Sie die Impedanz mit Gutscheinen und TDR-Tests
Die Reflektometrie der Zeitdomäne (TDR) verwendet Reflexionen aus einem elektrischen Schritt, um die Impedanz entlang einer Struktur zu bewerten. Definieren Sie die Testmethode und die Entscheidungsregel neben dem Ziel. "100 Ohm ± 10%" beschreibt nicht den gesamten Test.
Was ein Impedanztest-Coupon zeigt
Ein Coupon ist eine dedizierte Teststruktur, die dem Produktionsfeld zugeordnet ist. Sein Wert ergibt sich aus der Darstellung der relevanten Schicht, der Leitergeometrie, der dielektrischen Konstruktion und der Referenzstruktur.
polare Instrumente & # 8217; Anleitung zu Testcoupons und eingebauten Testspuren Erklärt, warum die Messung von Ist-Boards durch Vias, Verzweigungen, Ebenenabstände und Sondenzugriff erschwert werden kann. Es betont auch die Notwendigkeit repräsentativer Couponstrukturen.
Ein Coupon-Ergebnis unterstützt daher eine definierte Fertigungsprüfung. Es ist nicht eine direkte Messung jedes Netzes auf jedem Board. Ein vorbeigehender Coupon kann nicht feststellen, dass eine Diskontinuität in einem Verbindungs- oder Schichtübergang akzeptabel ist.
Definieren Sie die Mess- und Abnahmeregel
Vereinbaren Sie diese Angaben vor der Bestellung:
- Gutscheinkennungen, repräsentative Schichten, Geometrien und Rückverfolgbarkeit von Panel / Los.
- Kalibrierung, Sonden-/Fixture-Anordnung und ggf. Differentialeinstellung.
- Gelieferte Testkante, nutzbares Messfenster und Behandlung von Start- / Endeffekten.
- gemeldete Statistik, Akzeptanzgrenzen und Behandlung der Messunsicherheit.
- Stichprobenplan, Berichtsinhalt und Disposition fehlgeschlagener oder mehrdeutiger Ergebnisse.
Tektronix & # 8217; S TDR-Test Erklärt, wie sich die Messbandbreite und -verbindungen auf die abgegebene Anstiegszeit auswirken und wie mehrere Reflexionen die scheinbare Impedanz in komplexen Strukturen verzerren können. Eine schnellere Instrumenteneinstellung allein stellt die Auflösung am Coupon nicht fest.
Gearbeitetes Beispiel: 100-Ohm-Differentialanforderung
Angenommen, der Kunde und der Verarbeiter sind sich einig 100 Ω Differential mit ±10% Toleranzein Die numerischen Grenzen sind:
untere Grenze = 100 × 0,90 = 90 Ω. Obergrenze = 100 × 1,10 = 110 Ω.
Nehmen Sie für dieses arithmetische Beispiel ein genehmigtes Messfenster und einen gemeldeten Wert direkt gegen inklusive Grenzwerte ohne Schutzband an. Dies ist eine veranschaulichende Entscheidungsregel, keine empfohlene universelle Unsicherheitspolitik.
| Veranschaulichende gemeldete Wert | Entscheidung nach dieser Regel | Nächste Aktion |
|---|---|---|
| 103 Ω | Übergibt das numerische Kriterium | Bewahren Sie das rückverfolgbare Ergebnis mit den vereinbarten Prüfunterlagen auf |
| 112 Ω | Das numerische Kriterium schlägt fehl | Akzeptanz halten und im Rahmen des vereinbarten Dispositionsprozesses untersuchen |
Dies sind synthetische Werte, nicht Produktionsergebnisse. Nutzen Sie die Toleranz und das vereinbarte Messverfahren des Kunden bei einer realen Bestellung. Wenn die Unsicherheit Schutzbänder oder eine unbestimmte Kategorie erfordert, wenden Sie diese Richtlinie anstelle dieser vereinfachten Regel an. Akzeptieren oder lehnen Sie einen Coupon von einem beliebigen Punkt in der Nähe eines Sondenstarts nicht ab.
Häufige Gründe, warum ein berechnetes Design sein Ziel verfehlt
Wenn ein Modell und eine Messung nicht einverstanden sind, vergleichen Sie ihre Eingaben und Strukturen, bevor Sie das Kunstwerk ändern. Eine Nennberechnung, ein genehmigtes Produktionsmodell und ein gemessener Coupon können unterschiedliche Querschnitte beschreiben.
| Mögliche Ursache | What to check | Verhütung |
|---|---|---|
| Generische Materialdaten | DK-, Frequenzbasis- und Laminatkonstruktion | Stimmen Sie dem für das Modell verwendeten Materialdatensatz überein |
| Falsche Kupferannahme | Startfolie gegen fertiges Kupfer und Ätzform | Modellieren Sie den Produktionsleiter |
| dielektrischer Abstand geändert | Pressdicke und Referenzebenenbelegung | Überprüfen Sie die endgültige Stackup-Revision |
| Falsches Geometriemodell | Außen-/Innenschicht, Symmetrie, Masken- und Paaranordnung | Passen Sie das Modell an den tatsächlichen Querschnitt an |
| Paarlücke geändert | Beendete Edge-to-Edge-Abstände und Routing-Ausnahmen | Kontrollieren Sie sowohl die Breite als auch die Lücke im Release |
| Nicht genehmigte Substitution | Material- und Prozessänderungen | dokumentierte Genehmigung benötigen |
| Irreführende Testregion | Starten Sie Artefakte, beenden Sie Reflexionen oder Setup-Fehler | Verwenden Sie die vereinbarte Methode und das gültige Fenster |
Halten Sie die Prozessverifizierung von der Fehlerbehebung des Kanals getrennt. Wenn Coupons bestehen, die Verbindung jedoch fehlschlägt, überprüfen Sie das tatsächliche Routing, die Rückwege, Übergänge, die Beendigung und das Connector-Verhalten. Das Ändern aller Spurbreiten kann das ursprüngliche Problem verdecken und neue Fehlanpassungen verursachen.
FAQ zur gesteuerten Impedanz
Ist die gesteuerte Impedanz das gleiche wie das gesteuerte Dielektrikum?
Das gesteuerte Dielektrikum gibt Aspekte der dielektrischen Konstruktion oder des Abstands an. Geregelte Impedanz Gibt ein elektrisches Ziel für eine definierte Leiter-/Referenzstruktur an. Die dielektrische Steuerung hilft dabei, die Impedanz vorhersehbar zu machen, aber auch Breite, Kupfer, Materialeigenschaften, Maske und Paarkopplung sind wichtig. Geben Sie an, welches Ergebnis der Lieferant liefern und überprüfen muss.
Verifiziert ein Kontinuitätstest die Impedanz?
Nein. Ein Open/Short- oder Continuity-Test prüft die Konnektivität. Es stellt nicht die Übertragungsleitungsimpedanz der TRACE fest. Ein Leiter kann die richtigen Pads anschließen und trotzdem sein Impedanzziel verfehlen. Legen Sie den erforderlichen Impedanztest getrennt von der elektrischen Konnektivitätsprüfung der Platine fest.
Ist ±10% immer die erforderliche Toleranz?
Nein. Die Toleranz ergibt sich aus den geltenden Konstruktionsanforderungen und der Herstellungsvereinbarung. Die ±10%-Werte veranschaulichen hier die Spezifikation und Akzeptanzarithmetik. Sie sind kein universeller Standard oder eine garantierte Lieferantenfähigkeit. Bestätigen Sie, ob die angeforderte Toleranz für die gewählte Konstruktions- und Verifizierungsmethode erreichbar ist.
Beweist ein Passing Coupon alle gerouteten Netzpässe?
Nein. Es unterstützt die Stichprobenstruktur im vereinbarten Test- und Stichprobenplan. Es misst nicht jedes Netz oder validiert jede Diskontinuität. Halten Sie die Rückverfolgbarkeit von Coupon zu Panel bei und bewerten Sie dann den tatsächlichen Kanal anhand seiner separaten Signalintegritäts- und Schnittstellenanforderungen.
Was soll ich für eine Fertigungsprüfung senden?
Senden Sie Fertigungs- und Bohrdaten, Netzklassen, Ebenen- / Referenzzuweisungen, Ziel- / Modus / Toleranz, vorgeschlagenes Stackup und Zeichnungsrevision. Dazu gehören Test-, Probenahme-, Berichts- und Änderungsgenehmigungsanforderungen. Resolve differences between CAD geometry and proposed finished geometry before production release.
für eine Projektüberprüfung, Senden Sie Ihre Stapel- und Impedanzanforderungen, einschließlich des Verifizierungsplans, den Sie vom Hersteller bestätigen müssen.
