Kontrollierte Impedanz meistern: Essenzielle Techniken für zuverlässiges PCB-Design

31. August 2018

Miniaturisierung ist ein heißer Trend in der PCB-Branche. Es besteht große Nachfrage nach kompakten, schnellen PCBs. Zwar ein Vorteil in vielen Elektronikgeräten, doch viele Bauteile in diesen schnellen PCBs funktionieren nicht wie erwartet und führen zu Ausfällen. Daher kennen PCB-Hersteller die Wichtigkeit, bestimmte Schaltungen zu verlangsamen, um spezifische Bauteilfunktionen zu ermöglichen. Hier hilft kontrollierte Impedanz. Was ist kontrollierte Impedanz? Welche Bedeutung hat sie? Was sind die bestimmenden Faktoren? Wo wird sie eingesetzt? Wenn diese Fragen Ihren Geist beschäftigen, finden Sie hier die Antworten.

Einführung in kontrollierte Impedanz

Um kontrollierte Impedanz zu verstehen, müssen Sie Impedanz verstehen. Impedanz ist nur für Hochfrequenzschaltungen definiert. Sie ist eine Kombination aus Induktivität und Kapazität der Schaltung. Der Impedanzwert variiert stets zwischen zwei Punkten, wenn er nicht richtig kontrolliert wird. Bei hohen Frequenzen verhalten sich PCB-Leiterbahnen nicht wie erwartet, und die Signalqualität kann an verschiedenen Stellen abnehmen. Kontrollierte Impedanz gewährleistet effiziente Signalausbreitung ohne Störungen und Verzerrungen. Die Impedanz (Zo) einer Schaltung ist eine Wechselstrom-Kennlinie und wird in Ohm (Ω) gemessen. Zielwert: 25 Ω – 125 Ω.

Faktoren, die kontrollierte Impedanz bestimmen

Die Impedanz einer PCB-Leiterbahn wird durch Faktoren wie Widerstand, kapazitiver Blindwiderstand und Leitwert bestimmt. Was trägt zu diesen Faktoren bei? Die Antwort: Diese Faktoren werden durch Elemente wie physische Abmessungen der Leiterbahn, Dielektrikum-Dicke und Dielektrizitätskonstante des Substratmaterials entschieden. Der Impedanzwert wird durch folgende Faktoren bestimmt:

• Dicke und Breite der Kupfersignalleiterbahn an Ober- und Unterseite
• Dielektrizitätskonstante von Prepreg-Material und Kern
• Dicke von Prepreg-Material und Kern auf beiden Seiten der Kupferbahn
• Abstand der Leiterbahn zu anderen Kupferstrukturen

Typen kontrollierter Impedanz

Charakteristische Impedanz ist der häufigste Typ kontrollierter Impedanz. Weitere wichtige im Markt bezeichnete Typen:

• Eingangs-Impedanz (Input Impedance)
• Bild-Impedanz (Image Impedance)
• Wellen-Impedanz (Wave Impedance)

Typische Anwendungen kontrollierter Impedanz

Kontrollierte Impedanz ist ideal für hochfrequente digitale Anwendungen:

• HF-Kommunikation (RF Communications)
• Hochwertige Analog-Video
• Computing über 100 MHz
• Telekommunikationsausrüstung
• Low-Noise-Verstärker

Häufige Fertigungsfehler bei kontrollierter Impedanz vermeiden

Folgende Fehler sollten bei der Produktion kontrollierter Impedanz-Schaltungen vermieden werden:

• Längenunterschiede (Length Mismatches): Längenunterschiede zwischen Differentialpaaren führen nicht nur zu Signaldistortion, sondern erhöhen auch Fehlerraten. Längen müssen auf +/- 5 mils gematcht werden. Mismatch-Enden können durch Serpentinen-Routing geschlossen werden.
• Leiterbahnen ohne Referenz-Ground-Planes: Hochgeschwindigkeitssignale müssen auf Top- oder Bottom-Layer geroutet werden, und eine vollständige Ground-Referenzplane muss auf den angrenzenden Lagen vorhanden sein. Fehlen angrenzende Planes, steigt die Impedanz.
• Mehrere Prepreg-Typen: Besser, nicht mehr als drei Prepreg-Typen im Layout zu verwenden. Dielektrische Dicke des Prepregs unter 10 mils halten. Prepregs mit hohem Glas- und niedrigem Harzanteil vermeiden.

All das bedeutet: Beziehen Sie kontrollierte Impedanz-Leiterplatten nur von zuverlässigen, erfahrenen Herstellern. Creative Hi-Tech ist ein beliebter Hersteller kontrollierter Impedanz-Leiterplatten in den USA.