Was ist die Spurenimpedanz?

In Leiterplatten werden Drähte und Leiterbahnen typischerweise aus Kupfer gebildet, da es neben Silber das Element mit dem geringsten Widerstand ist. Legen Sie ein Ohmmeter über eine Spur und der Gleichstromwiderstand ist fast vernachlässigbar.

Dasselbe kann nicht von der AC-Impedanz gesagt werden. Die Impedanz basiert im Gegensatz zum Widerstand auf der Frequenz. Alle Drähte und Leiterbahnen erzeugen zumindest eine gewisse Impedanz gegenüber Strom, der von einem beliebigen Treiber fließt. Während Sie normalerweise eine ziemlich schnelle Anstiegszeit für Ihre Signale haben müssen, damit die Leiterbahnimpedanz zu einem Problem wird, ist es wichtig, dass Sie sich bewusst sind, dass die Leiterbahnimpedanz vorhanden ist und zu einem Problem werden kann.

Aber warum müssen wir uns Gedanken über die Leiterbahnimpedanz machen? Warum existiert es und ist es möglich, es zu kontrollieren? Wenn Sie den Begriff „gesteuerte Impedanz“ gehört haben, wissen Sie wahrscheinlich bereits, dass es möglich ist, die Impedanz zu steuern. Aber um zu verstehen, wie und warum, ist es wichtig, ein wenig über die Natur der Leiterbahnimpedanz zu verstehen.

Funktionsweise der Trace-Impedanz

Jede Leiterbahn hat eine kleine, nahezu nicht unterscheidbare Serieninduktivität, die entlang der Leiterbahn in umgekehrter Beziehung zum Querschnitt der Leiterbahn verteilt ist. Mit zunehmender Anstiegszeit wird die resultierende Impedanz deutlicher. Aus dem gleichen Grund hat jede Bahn eine Kapazität, die entlang der Bahn und des Rückwegsignals verteilt ist, was eine Funktion der Breite der Bahn und des Dielektrikums des Materials zwischen dem Signalrückweg und der Bahn ist. Noch einmal, wenn die Anstiegszeiten ausreichend zunehmen, kann die Impedanz, die erzeugt wird, wenn der Strom versucht, durch diese Kapazität zu fließen, erheblich sein.

Ihre Treiber lesen alle Spuren als verteilte LC-Schaltungen und Ihre Spur-AC-Impedanz stammt von dieser verteilten LC-Schaltung. Dies wird als unkontrollierte Impedanz angesehen. Wir bemühen uns nicht, die Leiterbahnumgebung so zu gestalten, dass diese Impedanz berücksichtigt wird, sodass die Induktivität und Kapazität beliebig entlang der Leiterbahn variieren können. Da die resultierende Impedanz normalerweise keine Auswirkungen auf den Betrieb hat, müssen weder Zeit noch Geld verschwendet werden, um Wege zu finden, sie zu kontrollieren.

Kontrollierte Impedanz

Aber was ist, wenn wir uns Sorgen über die Auswirkungen der Impedanz auf unseren Betrieb machen? Wir können eine Platine entwerfen, bei der die Spur wie eine Übertragungsleitung aussieht, wodurch wir Reflexionen vermeiden können, indem wir sie mit ihrer charakteristischen Impedanz abschließen. Wie funktioniert das Entwerfen einer Schaltung mit kontrollierter Impedanz?

Wenn wir die Impedanz steuern, stellen wir sicher, dass die Impedanz an jedem Punkt entlang der Leiterbahn konstant ist und nicht von Punkt zu Punkt variiert, wie in einer normalen unkontrollierten Impedanzsituation. Um die Impedanz zu steuern, müssen wir drei Merkmale der Schaltungsgeometrie steuern:die Breite der Leiterbahn, den Abstand zwischen dem Signalrückweg und der Signalleiterbahn und den dielektrischen Koeffizienten des Materials, das die Leiterbahn umgibt. Möglicherweise möchten Sie auch die Dicke der Spur ansprechen. Beispielsweise ist ein Koaxialkabel eine Übertragungsleitung mit kontrollierter Impedanz.

Sie können diese geometrischen Merkmale ändern und dennoch die kontrollierte Impedanz beibehalten, solange Sie andere Merkmale nach Bedarf ändern, damit sich die Beziehung zwischen diesen Aspekten nicht ändert und die Impedanz konstant bleibt.

So bestimmen Sie die Leiterbahnimpedanz von Leiterplatten

Um Leiterplatten mit kontrollierter Impedanz herzustellen, muss man in der Lage sein, die Impedanz zu messen. Die beste Methode zur Berechnung der Leiterbahnimpedanz ist die Verwendung eines Leiterbahnimpedanzrechners. Impedanzrechner für Leiterbahnen finden Sie online oder in Ihrer CAD-Software. Bei der Bestimmung der Impedanz sind mehrere Parameter zu berücksichtigen, darunter:

• Spurbreite
• Spurdicke
• Laminatdicke
• Dielektrikumsdicke
• Kupfergewicht

Sobald Sie alle relevanten Parameter berechnet haben, können Sie alle oben genannten Parameter (normalerweise die Leiterbahnbreite) anpassen, um die gewünschte Impedanz zu erhalten. Sobald Sie der Meinung sind, dass Sie eine akzeptable Impedanz erreicht haben, können Sie die Wirksamkeit der Platine mit Testcoupons testen, die gleichzeitig auf demselben Panel hergestellt werden, sodass Sie eine gute Impedanzbewertung erhalten, ohne auf die Leiterbahnen auf der eigentlichen Platine zugreifen zu müssen. Die Testcouponspuren sollten mit den Platinenspuren identisch sein, um einen genauen Test zu erhalten.

Typischerweise baut der Hersteller Testcoupons an beiden Enden des Produktionspanels ein, sodass Sie durch das Testen beider Coupons einen sehr zuverlässigen Impedanzmesswert erhalten, ohne die Platine zu beschädigen. Tester messen die Impedanz mit einem Time Domain Reflectometer (TDR) oder einem Netzwerkanalysator.

Die Impedanz kann mit einem Netzwerkanalysator, einem Labor-Time-Domain-Reflektometer (TDR) oder einem Testsystem mit kontrollierter Impedanz gemessen werden, das TDR-Techniken verwendet. Ein Techniker mit Erfahrung im Umgang mit Prüfsystemen mit kontrollierter Impedanz führt den Impedanztest durch, um qualitativ hochwertige Ergebnisse sicherzustellen.

Wenden Sie sich noch heute an Millennium Circuits Limited, um weitere Informationen zu Leiterplatten mit kontrollierter Impedanz zu erhalten oder Leiterplatten für Ihre Branche zu bestellen.