PCB 추적 임피던스는 고주파 전자에 있는 신호 무결성을 유지하기 위하여 근본적입니다. 시계 속도는 몇몇 기가헤르츠를 초과하고 RF 회로는 밀리미터 파 밴드로, 반영, 증가한 삽입 손실 및 광선 간섭을 통해 더 적은 임피던스 mismatches degrade 성과 밀어냅니다. 이 문서는 고속 디지털 방식으로 디자인하는 엔지니어를 위한 실용 지도를 제안하는 정밀한 조정 PCB 추적 임피던스를 위한 진보된 기술을 탐구합니다, RF 및 혼합 신호 체계.

Trace Impedance의 기본

특성 임피던스 (]Z]0]])의 PCB 추적은 그것의 기하학에 의해 결정되고 주위 유전체의 물자 재산. microstrip 추적을 위해, 1 차적인 요인은:

  • Trace width – 더 넓은 추적은 더 낮은 임피던스를 추적합니다.
  • 디전기 높이(h])]] – 레지스트리에서 참조 비행기로의 거리.
  • 디전기 상수(]ε] ]r]) – 더 높은 ]]ε] ]r] 불임을 감소시킵니다.
  • 구리 두께 (t])] – 두께가 약간 낮아지는 구리.

이 관계를 이해하는 것은 디자이너가 특정 임피던스를 대상으로하는 것을 허용하며 일반적으로 단일 엔드 추적 또는 90-100 Ω의 단일 엔드 추적을 위해 50 Ω입니다. 두 가지 일반적인 추적 구조는 microstrip (외부 층)과 스트립 라인 (내부 층)이며, 각각은 별도의 임피던스 특성을 가지고 있습니다. Coplanar Waveguide (CPW) 구조와 같은 층의 지상 추적과 함께 결합 할 수있는 RF 응용 프로그램에 더 나은 필드 confinement를 제공하고 추적을 최소화해야합니다.

임피던스 제어를 위한 진보된 PCB 디자인 기술

기본 규칙을 넘어 이동, 고급 디자인 방법은 전체 신호 경로에서 임피던스에 정확한 제어를 제공합니다.

통제된 추적 Geometry

현대 PCB 디자인 소프트웨어는 층 더미 위로를 기준으로 임피던스를 계산하는 붙박이 분야 해결자를 포함합니다. 그러나, 연습에 있는 산출 임피던스를 달성하는 것은 포용력을 제조하는 주의를 요구합니다. 뒤에 오는 전략을 사용하십시오:

  • 대상 임피던스 범위 (예 : 50 Ω ±5%)를 지정하고 스택 업의 명목상 값에 추적 폭을 디자인합니다.
  • ETCh 요인에 대한 계정 - etching 이후 실제 추적 폭은 CAD 폭과 다릅니다. 당신의 fabricator와 파트너는 자신의 ETCh 보상 데이터를 얻을 수 있습니다.
  • 폭이 변경되지 않도록하십시오. 반사를 최소화하기 위해 추적 폭을 변경할 때 테이퍼 전환을 사용하십시오.

Dielectric 물자의 선택

유전체 재료는 임피던스 일관성에서 가장 큰 변수입니다. 표준 FR-4는 ]] ε] ]]] ] ]] (일반 4.2–4.8)의 높은 손실 tangent 및 넓은 변이 때문에 1-2 GHz의 주파수에 적합하지 않습니다. 고주파 작업의 경우 재료가 다음과 같습니다.

  • 테이블 ε]] ]r] 주파수와 온도에 따라 - 예를 들어, 로저스 4350B (]] r ≈ 3.48, ±0.05), 아이타나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나나
  • 낮은 방산 인자(Df) – 10 GHz의 밑에 10 긴요한 RF 경로.
  • Consistent Glass weave – spread-glass 또는 low-profile glass가 ]ε] ]r]]가 보드의 변형을 감소시킵니다.

다중층 보드의 경우, 신호가 레이어 경계를 횡단하는 임피던스 단계를 피하기 위해 스택 업을 통해 균일 한 유전체를 사용합니다. Rogers Corporation은 laminates에 대한 상세한 데이터 시트 및 임피던스 계산기를 제공합니다.

Impedance 일치 네트워크

제어 추적 임피던스와 함께 커넥터, vias, 그리고 구성 요소 패드에서 discontinuities는 mismatches를 만듭니다. 고급 기술 포함:

  • 시리즈 종료: 드라이버의 댐핑에 가까운 저항기 (일반 33-50 Ω)를 배치합니다.
  • AC 커플링 커패시터:] 다양한 병렬 커패시터(예: 100 nF + 10 nF + 1 nF)를 사용하여 넓은 주파수 범위에서 낮은 임피던스를 유지하십시오.
  • 스텁 필터:] 좁띠 어플리케이션에 대한 분산 매칭 요소 (예: 쿼터 웨이브 변압기)를 추가합니다. 특성 임피던스와 쿼터 웨이브 변압기 Z ]1 = √ Z[FLTLT:8]]]]]] ] ]] ]]] ]]] ]]]]] ] ]] ]]] ] ]] ]]]]] ]]]]]]]]]]]] ]

차폐기물

고속 차동 신호 (예를들면, USB 3.0, PCIe, HDMI)는 차동 임피던스와 intra 쌍 꼬치 둘 다의 단단한 통제를 요구합니다. 제일 연습은 다음을 포함합니다:

  • 쌍 사이 일정한 간격을 유지하십시오 – 일반적으로 3–5× 참고 비행기의 위 절연성 고도.
  • 필요한 경우만 뱀을 사용; 차동 길이 일치를 보장은 단단히 제어됩니다 ( 1 Gbps + 신호를 위한 5개 밀에서).
  • 차분한 쌍 안에 vias를 두기 피하십시오; unavoidable 경우에, 현재 반환 경로를 보존하기 위하여 가까운 지상 반환을 추가하십시오.

스트라스부르와 Backdrilling을 통해

를 통해 구멍은 높은 주파수에 resonate 원치 않는 전기 용량의 텁을 창조하고, 가혹한 임피던스 복각을 일으키는 원인이 되었습니다. 10 Gbps의 위 신호를 위해, 고려하십시오:

  • Backdrilling: 도금 후 사용하지 않은 스텁 부분을 제거하고, 스텁 길이를 0에 가까운.
  • Microvias: 레이저 교련된 장님을 사용하거나 (<100 μm 직경)를 통해 붓을 완전히 삭제하기 위하여.
  • Via 검술: 보호된 동축 같은 전환을 창조하기 위하여 RF 신호를 통해 지상을 두십시오.

Impedance Optimization를 위한 가장 그리고 모델링

시뮬레이션은 직물에 투입하기 전에 필수적이며, 특히 복잡한 디자인에 사용됩니다. 두 가지 주요 접근법은 다음과 같습니다.

2D 필드 솔버

Polar Si9000 또는 Simbeor S-parameters와 같은 도구는 단면 기하학을 기반으로 함침을 계산합니다. 그들은 간단하고 구조에 빠르며 정확하지만 전환을 통해 3D 효과를 고려할 수 없습니다.

3D 전자기 시뮬레이션

Ansys HFSS, CST 마이크로파 스튜디오 또는 Keysight EMPro는 커넥터, vias 및 패키지 전환을 포함한 전체 신호 경로입니다. 이 도구는 S-parameters를 추출하고 전자기 필드를 시각화하여 임피던스 mismatches를 식별합니다. 전형적인 워크플로우:

  1. 지정된 laminates에서 재료 속성을 가진 stack-up을 설정합니다.
  2. 추적, via, 지상 비행기 레이아웃을 그리십시오.
  3. 주파수 스윕을 실행 (예 :, 100 kHz에서 40 GHz).
  4. 시험 입력 임피던스 (S ]11]]) 및 삽입 손실 (S]]21]]]). 반환 손실은 -20 dB보다 좋은 임피던스 일치를 나타냅니다.
  5. Smith 차트를 사용하여 대상에서 임피던스를 식별합니다.

3D 시뮬레이션은 테이퍼 코플래너 파 가이드 또는 접지 코플래너 파 가이드 (GCPW)와 같은 비표준 지오메트리의 최적화를 가능하게합니다. Ansys HFSS는 이러한 분석에 대한 산업에 널리 사용됩니다.

Practical 구현 및 검증

이론적인 디자인은 제작 현실을 살아야 합니다. 다음의 관행은 불임 대상이 생산에서 만나는 것을 보증합니다.

제조용 제작용 제작용 공차 및 설계 (DFM)

PCB 제조자와 밀접하게 일. 전형적인 포용력은:

  • 추적 폭: 표준 etching를 위한 ±20%, 진보된 과정을 위한 ±10%.
  • 절연성 간격: 전진과 핵심 층을 위한 ±10%.
  • 절연성 상수: 고성능 합판을 위한 ±5%.

Monte Carlo 분석은 최악의 케이스 임피던스 편차를 계산할 수있는 허용 오차 내에서 이러한 매개 변수를 다루기 때문에 시뮬레이션 도구에. 변이가 사양을 초과하는 경우 (예 : ±5%), 대상 폭을 수정하거나 다른 스택 업을 고려.

지상 끝 효력

침수는, ENIG 및 HASL에 약간의 영향을 줍니다. RF 디자인을 위해, ENIG (전해질 니켈 침수 금)는 그것을 통제하 임계를 추적하지 않는 편평한, 획일한 표면을 제공하기 때문에 선호됩니다. 통제되는 임피던스 추적에 두꺼운 끝 (예를들면, 무연 HASL > 1개 밀)를 피하십시오.

TDR 및 VNA 인증

Prototype 널은 가득 차있는 생산의 앞에 임피던스를 위해 시험되어야 합니다. 2개의 계기는 통용됩니다:

  • Time-Domain Reflectometer (TDR):는 추적으로 빠르게 상승하는 맥박을 보내고 반사된 파형을 측정합니다. 추적을 따라 임피던스 프로파일은 표시되어 있습니다. 평면 라인은 일관성있는 임피던스를 나타냅니다. 딥 또는 피크는 mismatches를 보여줍니다.
  • Vector Network Analyzer (VNA):] ]S] ]11]]]]]]]]] S 21]]]]]]] ]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]][FLT:]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]][F

많은 제조 업체 쿠폰 테스트 제공 - 전용 테스트 추적 패널에 그런 다음 측정 된 후에. 이 쿠폰을 사용하여 실제 디자인 추적을 가능한 한 바싹 표현하십시오.

임파인트 엔지니어링의 미래 동향

데이터 속도가 112Gbps (PAM-4) 이상으로 밀어서 RF 시스템은 100 GHz의 새로운 도전과 솔루션이 등장합니다.

  • Low-loss 물자: 액체 결정 중합체 (LCP)와 polytetrafluoroethylene (PTFE) 합성 제안 εr는 10 GHz에 Df < 0.001로 2.1으로 낮춥니다. 그들은 밀리미터 파 단위에서 점점 이용됩니다.
  • Additive 제조: 인쇄 및 잉크젯 인쇄 실버 추적은 정밀한 해상도 (30-50 μm)를 달성할 수 있지만 여전히 일관성있는 유전체 특성을 가진 투쟁. 그들은 프로토 타이핑에 대한 약속을 보여줍니다.
  • 공정 보상: 레이저 삼극 저항기 또는 조절 임피던스 라인(e.g., RF MEMS를 사용하여)는 포스트 조립을 조정하여 제조 변이를 수정할 수 있습니다.
  • AI-driven optimization: 머신러닝 알고리즘은 기존의 기하학적 스위프트보다 더 빠른 멀티-부속 제약(임시, 크로스톡, 라우팅 밀도)에 대한 추적 지오메트리를 최적화할 수 있습니다.

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PCB 추적 임피던스를 최적화하는 고주파 신호는 고급 디자인 기술, 주의적인 재료 선택, 철저한 시뮬레이션 및 엄격한 검증의 혼합을 요구한다. 이 방법을 적용함으로써 논의 된 - 제어 된 기하학, 일치 유전체, 차별 라우팅, 백드릴링, EM 시뮬레이션 - 엔지니어는 멀티기가비트 데이터 속도에서 ±5% 내의 임피던스 허용 오차를 달성 할 수 있습니다. 진화 재료와 제조 공정으로 업데이트 된 유지는 더 강력한 성능으로 유지됩니다. [FRP] [F]] [F]] [F]] [F]] [F]] [F]] [F]]] [F]] [F]]] [F]]] [F]]]] [F]]]] [F]]]] [F]] [F]]] [F]] [F] [F]] [F] [F] [F] [F] [F] [F]] [F] [F]] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F] [F]]]]]] [F]]]]] [F] [F]]