Контроль импеданса на печатной плате
Мы поставляем печатные платы с контролем волнового сопротивления (импеданса) проводников и дифференциальных пар. Стандартный допуск на волновое сопротивление проводника составляет ±10%, по особому заказу возможно обеспечение более жесткого допуска – до ±5%.
Все больше электронных устройств сегодня имеют дело с высокими скоростями передачи информации. Это требует применения печатных плат с контролируемым импедансом – для предотвращения искажений сигнала при передаче по проводникам. Проводник на печатной плате – это уже не просто дорожка, связывающая контактные площадки и переходные отверстия, а скорее линия передачи, которая передает сигнал на высоких скоростях с малыми потерями формы, амплитуды и скорости.
Контролируемый импеданс поднимает на новый уровень сам процесс проектирования, выбора материала, структуры, а также процесс производства печатных плат. Даже диэлектрические свойства паяльной маски могут повлиять на значение волнового сопротивления.
Как сделать заказ с контролем волнового сопротивления
В конструкторской документации на печатную плату разработчик должен указать, в каких слоях имеются проводники (или дифференциальные пары) с контролем импеданса, а в каких слоях - опорные планы земли и питания. Задача разработчика - провести предварительный расчет структуры печатной платы и спроектировать ее с учетом рассчитанных значений ширины проводника в заданных слоях.
При получении заказа с контролем импеданса мы проводим моделирование, чтобы проверить, что результирующие значения импедансов действительно попадут в заданный допуск ±10%. Если значения, рассчитанные заказчиком, не совпадут с результатами моделирования, мы запрашиваем разрешения заказчика, чтобы провести небольшие корректировки структуры или ширины проводников для более точного обеспечения заданного импеданса, с учетом компенсации подтравов и допусков металлизации на производстве.
Чрезвычайно важен выбор материала - тип стеклянной сетки, содержание смолы и ее текучесть влияют на диэлектрическую проницаемость, которая определяет величину импеданса. При повторном изготовлении плат особенно важно использовать такие же материалы, как при первом запуске.
Измерение импеданса при изготовлении печатных плат
Платы с контролем импеданса требуют выполнения измерений (методом рефлектометрии), которые подтверждают, что значения волновых сопротивлений находятся в пределах допуска. Для этого на специальном тестовом купоне, который располагается на заводской заготовке, выполняются отрезки проводников заданной ширины и в заданных слоях. Используя специальный прибор, мы проверяем соответствие волновых сопротивлений на купоне для каждой заготовке, тем самым получая подтверждение тому, что печатные платы на этой заготовке выполнены с корректным импедансом в пределах допуска. Заготовки с некорректным импедансом отбраковываются. Вместе с изготовленными печатными платами мы предоставляем отчет о контроле импеданса (Impedance Test Report). Заметим, что мы не несем ответственности за возможные некорректности в дизайне самой печатной платы, и не измеряем волновое сопротивление проводников собственно на каждой плате.
Параметры материала
Типовой материал FR4 для изготовления печатных плат имеет значение диэлектрической постоянной (Er) около 4,5...4,7 на низкой частоте (1 МГц), но с ростом частоты до 1 ГГц оно линейно уменьшается до Er=3,8...4,2 >(в зависимости от марки материала и вида плетения). Реальные значения Er могут колебаться в пределах ±25%. Существуют специальные, «нормированные» виды материала FR4, у которых значение Er нормируется и гарантируется изготовителем, и они ненамного дороже обычных, но производители печатных плат не обязаны использовать «нормированные» виды FR4, если это специально не указано в заказе на печатную плату.
При расчете импеданса линий на печатной плате надо брать значение диэлектрической постоянной для максимальной частоты спектра сигнала. При работе с цифровыми сигналами длительность фронта составляет единицы наносекунд, что соответствует максимальным частотам порядка 1 ГГц и диэлектрической проницаемости порядка 4,0.
Толщина диэлектрика
Производители печатных плат работают с диэлектриками стандартных толщин («препреги» и «ядра»), и их толщина в каждом слое должна быть определена перед запуском платы в производство, с учетом допусков на толщину (около ±10%). Разработчик печатной платы не должен подбирать конкретную комбинацию ядер и препрегов. Достаточно указать требуемую общую толщину диэлектрика в нужных слоях, и мы сами подберем нужные материалы.
Высокочастотные материалы
Для сигналов частотой выше 1 ГГц может оказаться необходимым применение более высокочастотных материалов, с лучшей стабильностью и другими диэлектрическими параметрами (такими как Duroid фирмы Rogers и т. д.).
