PCB ఇంపెడెన్స్ కంట్రోల్

వంటిPCB సిగ్నల్ మారే వేగం పెరుగుతూనే ఉంది, నేటి PCB డిజైనర్లు PCB ట్రేస్‌ల ఇంపెడెన్స్‌ను అర్థం చేసుకోవాలి మరియు నియంత్రించాలి. తక్కువ సిగ్నలింగ్ సమయాలు మరియు ఆధునిక డిజిటల్ సర్క్యూట్‌ల యొక్క అధిక క్లాక్ రేట్‌లతో, PCB జాడలు ఇకపై సాధారణ కనెక్షన్‌లు కావు, కానీ ట్రాన్స్‌మిషన్ లైన్‌లు.

ఆచరణలో, 1ns కంటే ఎక్కువ డిజిటల్ మార్జినల్ వేగం లేదా 300Mhz కంటే ఎక్కువ అనలాగ్ ఫ్రీక్వెన్సీల వద్ద ట్రేస్ ఇంపెడెన్స్‌ను నియంత్రించడం అవసరం. PCB ట్రేస్‌ల యొక్క ముఖ్య పారామితులలో ఒకటి వాటి లక్షణ అవరోధం (అనగా, సిగ్నల్ ట్రాన్స్‌మిషన్ లైన్‌లో ప్రయాణిస్తున్నప్పుడు వేవ్ యొక్క కరెంట్‌కు వోల్టేజ్ యొక్క నిష్పత్తి). ప్రింటెడ్ సర్క్యూట్ బోర్డ్ కండక్టర్ యొక్క లక్షణ అవరోధం సర్క్యూట్ బోర్డ్ డిజైన్ యొక్క ముఖ్యమైన సూచిక, ముఖ్యంగాPCB డిజైన్అధిక-ఫ్రీక్వెన్సీ సర్క్యూట్‌లలో, కండక్టర్ యొక్క లక్షణ అవరోధం మరియు సరిపోలడం లేదా కాకపోయినా, అదే లక్షణ అవరోధం ద్వారా పరికరం లేదా సిగ్నల్ అవసరం అని పరిగణించాలి. ఇందులో రెండు కాన్సెప్ట్‌లు ఉంటాయి: ఇంపెడెన్స్ కంట్రోల్ మరియు ఇంపెడెన్స్ మ్యాచింగ్, ఈ ఆర్టికల్ ఇంపెడెన్స్ కంట్రోల్ మరియు స్టాకింగ్ డిజైన్ సమస్యలపై దృష్టి పెడుతుంది.

ఇంపెడెన్స్ నియంత్రణ, సర్క్యూట్ బోర్డ్‌లోని కండక్టర్ దాని ప్రసార రేటును మెరుగుపరచడానికి వివిధ రకాల సిగ్నల్ ట్రాన్స్‌మిషన్‌ను కలిగి ఉంటుంది మరియు చెక్కడం, లామినేటెడ్ పొర యొక్క మందం, కండక్టర్ యొక్క వెడల్పు కారణంగా దాని ఫ్రీక్వెన్సీ, లైన్‌ను మెరుగుపరచాలి. మరియు ఇతర విభిన్న కారకాలు, మార్పుకు యోగ్యమైన ఇంపెడెన్స్‌కు దారితీస్తాయి, తద్వారా దాని సిగ్నల్ వక్రీకరణ. అందువల్ల, హై-స్పీడ్ సర్క్యూట్ బోర్డ్‌లోని కండక్టర్, దాని ఇంపెడెన్స్ విలువ ఒక నిర్దిష్ట పరిధిలో నియంత్రించబడాలి, దీనిని "ఇంపెడెన్స్ కంట్రోల్" అని పిలుస్తారు.

PCB ట్రేస్ యొక్క ఇంపెడెన్స్ దాని ప్రేరక మరియు కెపాసిటివ్ ఇండక్టెన్స్, రెసిస్టెన్స్ మరియు కండక్టివిటీ ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది. PCB ట్రేస్‌ల ఇంపెడెన్స్‌ను ప్రభావితం చేసే కారకాలు: రాగి తీగ యొక్క వెడల్పు, రాగి తీగ యొక్క మందం, విద్యుద్వాహకము యొక్క విద్యుద్వాహక స్థిరాంకం, విద్యుద్వాహకము యొక్క మందం, ప్యాడ్‌ల మందం, గ్రౌండ్ వైర్ యొక్క మార్గం, ట్రేస్ చుట్టూ ఉన్న జాడలు మొదలైనవి PCB ఇంపెడెన్స్ 25 నుండి 120 ఓంల వరకు ఉంటుంది.

ఆచరణలో, 1ns కంటే ఎక్కువ డిజిటల్ మార్జినల్ వేగం లేదా 300Mhz కంటే ఎక్కువ అనలాగ్ ఫ్రీక్వెన్సీల వద్ద ట్రేస్ ఇంపెడెన్స్‌ను నియంత్రించడం అవసరం. PCB ట్రేస్‌ల యొక్క ముఖ్య పారామితులలో ఒకటి వాటి లక్షణ అవరోధం (అనగా, సిగ్నల్ ట్రాన్స్‌మిషన్ లైన్‌లో ప్రయాణిస్తున్నప్పుడు వేవ్ యొక్క కరెంట్‌కు వోల్టేజ్ యొక్క నిష్పత్తి). ప్రింటెడ్ సర్క్యూట్ బోర్డ్ కండక్టర్ యొక్క లక్షణ అవరోధం సర్క్యూట్ బోర్డ్ డిజైన్ యొక్క ముఖ్యమైన సూచిక, ముఖ్యంగా అధిక-ఫ్రీక్వెన్సీ సర్క్యూట్‌ల PCB రూపకల్పనలో, కండక్టర్ యొక్క లక్షణ అవరోధం మరియు లక్షణ ఇంపెడెన్స్‌కు అవసరమైన పరికరం లేదా సిగ్నల్ అని పరిగణించాలి. అదే, సరిపోలడం లేదా. ఇందులో రెండు కాన్సెప్ట్‌లు ఉంటాయి: ఇంపెడెన్స్ కంట్రోల్ మరియు ఇంపెడెన్స్ మ్యాచింగ్, ఈ ఆర్టికల్ ఇంపెడెన్స్ కంట్రోల్ మరియు స్టాకింగ్ డిజైన్ సమస్యలపై దృష్టి పెడుతుంది.

ఇంపెడెన్స్ నియంత్రణ, సర్క్యూట్ బోర్డ్‌లోని కండక్టర్ దాని ప్రసార రేటును మెరుగుపరచడానికి వివిధ రకాల సిగ్నల్ ట్రాన్స్‌మిషన్‌ను కలిగి ఉంటుంది మరియు చెక్కడం, లామినేటెడ్ పొర యొక్క మందం, కండక్టర్ యొక్క వెడల్పు కారణంగా దాని ఫ్రీక్వెన్సీ, లైన్‌ను మెరుగుపరచాలి. మరియు ఇతర విభిన్న కారకాలు, మార్పుకు యోగ్యమైన ఇంపెడెన్స్‌కు దారితీస్తాయి, తద్వారా దాని సిగ్నల్ వక్రీకరణ. అందువల్ల, హై-స్పీడ్ సర్క్యూట్ బోర్డ్‌లోని కండక్టర్, దాని ఇంపెడెన్స్ విలువ ఒక నిర్దిష్ట పరిధిలో నియంత్రించబడాలి, దీనిని "ఇంపెడెన్స్ కంట్రోల్" అని పిలుస్తారు.

PCB ట్రేస్ యొక్క ఇంపెడెన్స్ దాని ప్రేరక మరియు కెపాసిటివ్ ఇండక్టెన్స్, రెసిస్టెన్స్ మరియు కండక్టివిటీ ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది. PCB ట్రేస్‌ల ఇంపెడెన్స్‌ను ప్రభావితం చేసే కారకాలు: రాగి తీగ యొక్క వెడల్పు, రాగి తీగ యొక్క మందం, విద్యుద్వాహకము యొక్క విద్యుద్వాహక స్థిరాంకం, విద్యుద్వాహకము యొక్క మందం, ప్యాడ్‌ల మందం, గ్రౌండ్ వైర్ యొక్క మార్గం, ట్రేస్ చుట్టూ ఉన్న జాడలు మొదలైనవి PCB ఇంపెడెన్స్ 25 నుండి 120 ఓంల వరకు ఉంటుంది. ఆచరణలో, PCB ట్రాన్స్‌మిషన్ లైన్ సాధారణంగా వైర్ ట్రేస్, ఒకటి లేదా అంతకంటే ఎక్కువ రిఫరెన్స్ లేయర్‌లు మరియు ఇన్సులేటింగ్ మెటీరియల్‌ని కలిగి ఉంటుంది. ట్రేస్ మరియు లేయర్‌లు కంట్రోల్ ఇంపెడెన్స్‌ను ఏర్పరుస్తాయి. PCBలు తరచుగా బహుళస్థాయిలుగా ఉంటాయి మరియు నియంత్రణ ఇంపెడెన్స్‌ను వివిధ మార్గాల్లో నిర్మించవచ్చు. ఏది ఏమైనప్పటికీ, ఏ పద్ధతిని ఉపయోగించినప్పటికీ, ఇంపెడెన్స్ యొక్క విలువ దాని భౌతిక నిర్మాణం మరియు ఇన్సులేటింగ్ పదార్థం యొక్క ఎలక్ట్రానిక్ లక్షణాల ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది:

       సిగ్నల్ ట్రేస్ యొక్క వెడల్పు మరియు మందం;

       ట్రేస్ యొక్క ఇరువైపులా కోర్ లేదా ముందుగా నింపిన పదార్థం యొక్క ఎత్తు;

       జాడలు మరియు బోర్డు పొరల ఆకృతీకరణ;

       కోర్ మరియు ముందుగా నింపిన పదార్థం యొక్క ఇన్సులేటింగ్ స్థిరాంకాలు.

       PCB ట్రాన్స్‌మిషన్ లైన్‌లలో రెండు ప్రధాన రూపాలు ఉన్నాయి: మైక్రోస్ట్రిప్ మరియు స్ట్రిప్‌లైన్.

       మైక్రోస్ట్రిప్:

       మైక్రోస్ట్రిప్ అనేది రిబ్బన్ వైర్, అంటే ఒక వైపు మాత్రమే రిఫరెన్స్ ప్లేన్‌తో కూడిన ట్రాన్స్‌మిషన్ లైన్, పైభాగం మరియు భుజాలు గాలికి (లేదా పూత) బహిర్గతం చేయబడి, ఇన్సులేటింగ్ స్థిరమైన Er బోర్డు ఉపరితలం పైన, పవర్ లేదా గ్రౌండ్ ప్లేన్‌కు సూచించబడుతుంది.

       గమనిక: వాస్తవానికిPCB తయారీ, బోర్డు తయారీదారు సాధారణంగా PCB యొక్క ఉపరితలంపై ఆకుపచ్చ నూనె పొరతో పూత పూస్తారు, కాబట్టి వాస్తవ ఇంపెడెన్స్ గణనలలో, దిగువ చూపిన మోడల్ సాధారణంగా ఉపరితల మైక్రోస్ట్రిప్ లైన్‌ల కోసం ఉపయోగించబడుతుంది:

       స్ట్రిప్‌లైన్:

       స్ట్రిప్‌లైన్ అనేది దిగువ చిత్రంలో చూపిన విధంగా రెండు రిఫరెన్స్ ప్లేన్‌ల మధ్య ఉంచబడిన వైర్ స్ట్రిప్, మరియు H1 మరియు H2 ద్వారా సూచించబడే విద్యుద్వాహక స్థిరాంకాలు భిన్నంగా ఉండవచ్చు.

       పై రెండు ఉదాహరణలు మైక్రోస్ట్రిప్ లైన్‌లు మరియు స్ట్రిప్‌లైన్‌ల యొక్క సాధారణ ప్రదర్శన మాత్రమే, అనేక రకాల నిర్దిష్ట మైక్రోస్ట్రిప్ లైన్‌లు మరియు స్ట్రిప్‌లైన్‌లు ఉన్నాయి, లామినేటెడ్ మైక్రోస్ట్రిప్ లైన్‌లు మొదలైనవి, ఇవన్నీ నిర్దిష్ట PCB యొక్క స్టాకింగ్ నిర్మాణానికి సంబంధించినవి.

       లక్షణ ఇంపెడెన్స్‌ను లెక్కించడానికి ఉపయోగించే సమీకరణాలకు సంక్లిష్టమైన గణిత గణనలు అవసరమవుతాయి, తరచుగా సరిహద్దు మూలకం విశ్లేషణతో సహా ఫీల్డ్ సాల్వింగ్ పద్ధతులను ఉపయోగిస్తాయి, కాబట్టి ప్రత్యేకమైన ఇంపెడెన్స్ లెక్కింపు సాఫ్ట్‌వేర్ SI9000ని ఉపయోగించి, మనం చేయాల్సిందల్లా లక్షణ అవరోధం యొక్క పారామితులను నియంత్రించడం:

       ఇన్సులేషన్ లేయర్ Er యొక్క విద్యుద్వాహక స్థిరాంకం, అమరిక W1, W2 (ట్రాపెజోయిడల్) యొక్క వెడల్పు, అమరిక T యొక్క మందం మరియు ఇన్సులేషన్ లేయర్ H యొక్క మందం.