Telefon pintar, komputer, stesen pangkalan komunikasi dan peranti elektronik lain telah disepadukan secara mendalam ke dalam kehidupan dan kerja harian, dan papan kawalan impedans adalah salah satu komponen utama untuk memastikan operasi peranti ini dengan cekap. Penghantaran isyarat dalam peranti elektronik adalah seperti trafik yang sibuk, dan papan kawalan impedans adalah seperti polis trafik, mengekalkan ketenteraman dalam penghantaran isyarat dan memastikan isyarat tiba di destinasinya dengan cepat, stabil dan tepat. Dalam litar-kelajuan tinggi dan-tinggi, kelajuan penghantaran isyarat adalah sangat pantas, dan masalah seperti pantulan, pengecilan dan herotan cenderung berlaku. Dalam kes yang teruk, ia boleh menyebabkan lumpuh keseluruhan sistem elektronik. Papan kawalan impedans boleh mengurangkan sinaran tepi isyarat dengan berkesan, mengurangkan gangguan elektromagnet, meningkatkan keupayaan anti-gangguan litar dan memastikan penghantaran isyarat yang stabil. Mengambil stesen pangkalan komunikasi sebagai contoh, tanpa-papan kawalan impedans prestasi tinggi, adalah sukar bagi stesen pangkalan untuk mencapai komunikasi data yang stabil dan tidak dapat menggunakan sepenuhnya kelebihan rangkaiannya. Untuk memahami prinsip kerja papan kawalan impedans, perlu terlebih dahulu memahami parameter utamanya, iaitu "kata laluan" untuk prestasi yang lebih baik.
Analisis parameter utama
Parameter berkaitan lapisan tembaga
Parameter lapisan tembaga adalah penting untuk prestasi penghantaran isyarat, terutamanya termasuk lebar talian dan ketebalan lapisan tembaga.
Lebar garisan merujuk kepada lebar jejak PCB. Disebabkan oleh proses etsa, terdapat perbezaan lebar kesan antara garisan atas dan bawah. Lebar garisan berhampiran lapisan dielektrik ialah lebar garis bawah, manakala lebar garisan berhampiran permukaan ialah lebar garis atas. Secara amnya, lebar garis atas lebih kecil sedikit daripada lebar garis bawah. Lebar garisan adalah berkadar songsang dengan galangan, dan lebih lebar garisan, lebih kecil galangan; Semakin sempit lebar talian, semakin tinggi impedans. Dalam-litar digital berkelajuan tinggi, lebar talian yang tidak stabil boleh menyebabkan turun naik impedans, yang membawa kepada pantulan isyarat, pengecilan dan isu lain yang menjejaskan integriti isyarat.
Ketebalan lapisan tembaga dibahagikan kepada ketebalan kerajang tembaga dalam dan luar. Ketebalan kerajang tembaga yang berbeza akan dipilih dalam senario yang berbeza. Apabila lapisan kuasa perlu membawa arus yang tinggi, kerajang tembaga yang lebih tebal akan dipilih. Ketebalan lapisan kuprum adalah berkadar songsang dengan impedans. Lapisan kuprum yang lebih tebal boleh mengurangkan rintangan wayar, pengecilan dan kelewatan isyarat serta meningkatkan integriti isyarat dalam litar-berfrekuensi tinggi. Walau bagaimanapun, lapisan tembaga yang lebih tebal tidak semestinya lebih baik. Ketebalan yang berlebihan boleh meningkatkan kos dan juga boleh menjejaskan ketepatan proses goresan dan ketekalan litar.
Parameter media lembaran
Parameter dielektrik papan terutamanya termasuk pemalar dielektrik dan ketebalan dielektrik, yang juga merupakan parameter utama papan kawalan impedans.
Pemalar dielektrik ialah pekali yang mengukur keupayaan penebat, diwakili oleh ε, ditakrifkan sebagai nisbah anjakan potensi D kepada kekuatan medan elektrik E. Ia adalah berkadar songsang dengan galangan ciri litar. Semakin tinggi pemalar dielektrik, semakin perlahan isyarat merambat dalam medium, dan semakin kecil impedans ciri; Sebaliknya, semakin besar impedans ciri. Bahan yang berbeza mempunyai pemalar dielektrik yang berbeza. Dalam litar frekuensi tinggi-, bahan dengan pemalar dielektrik yang lebih rendah biasanya digunakan untuk mengurangkan kehilangan penghantaran isyarat dan meningkatkan kelajuan penghantaran. Sebagai contoh, papan kawalan impedans dalam beberapa peralatan komunikasi mungkin menggunakan bahan tersebut.
Ketebalan lapisan dielektrik dalam PCB adalah berkadar terus dengan impedans. Peningkatan ketebalan dielektrik membawa kepada penurunan kapasiti dan peningkatan relatif dalam induktansi dalam laluan penghantaran isyarat, mengakibatkan peningkatan impedans; Sebaliknya, impedans berkurangan. Gabungan berbeza kepingan separuh sembuh dan papan teras akan membentuk ketebalan dielektrik yang berbeza. Dalam PCB berbilang-lapisan, kawalan tepat ketebalan dielektrik setiap lapisan adalah penting untuk mencapai kawalan impedans yang tepat, jika tidak, ia boleh membawa kepada penghantaran isyarat yang tidak stabil, pantulan, crosstalk dan masalah lain.
Parameter lain yang mempengaruhi
Sebagai tambahan kepada parameter lapisan tembaga dan dielektrik lembaran, lapisan topeng pateri dan struktur talian penghantaran juga mempengaruhi prestasi papan kawalan impedans.
Lapisan topeng pateri digunakan terutamanya untuk melindungi litar PCB, mencegah litar pintas, dan meningkatkan prestasi penebat elektrik. Ketebalannya mempunyai piawaian tertentu dan akan meningkat selepas proses yang berkaitan. Walaupun variasi ketebalan topeng pateri mempunyai kesan kecil pada nilai impedans, ia masih perlu diambil serius di bawah keperluan kawalan impedans berketepatan tinggi-. Meningkatkan ketebalan boleh membawa kepada peningkatan dalam pemalar dielektrik, yang seterusnya boleh menyebabkan penurunan dalam nilai impedans. Dalam litar yang memerlukan ketepatan impedans yang sangat tinggi, ketebalan topeng pateri hendaklah dikawal dengan ketat.
Struktur talian penghantaran biasa termasuk talian jalur mikro dan jalur jalur. Garis jalur mikro terdiri daripada lapisan konduktor, lapisan dielektrik, dan satah tanah. Mereka mempunyai struktur yang ringkas, pembuatan mudah, dan kos rendah, dan digunakan secara meluas dalam pelbagai papan litar. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh perambatan beberapa gelombang elektromagnet di udara, ia mudah terdedah kepada gangguan persekitaran luaran, mengakibatkan kehilangan sinaran dan isyarat silang. Garis jalur diapit di antara dua satah pembumian, dengan pengasingan elektromagnet yang kuat dan tidak sensitif terhadap gangguan luar. Ia juga boleh mengurangkan gangguan pada litar atau komponen lain, menjadikannya sesuai untuk senario dengan keperluan pengasingan tinggi seperti penghantaran isyarat frekuensi tinggi-. Apabila membuat papan kawalan impedans, adalah perlu untuk memilih struktur talian penghantaran yang sesuai berdasarkan senario aplikasi dan keperluan penghantaran isyarat untuk mencapai padanan impedans dan prestasi penghantaran isyarat yang lebih baik.
Senario aplikasi dan perkaitan parameter
Keperluan parameter untuk papan kawalan impedans berbeza-beza bergantung pada senario aplikasi dan berkait rapat dengan persekitaran penggunaan dan keperluan fungsian.
Dalam bidang peralatan komunikasi, seperti stesen pangkalan, mereka mempunyai frekuensi operasi yang tinggi, kadar penghantaran isyarat yang cepat, dan keperluan yang ketat untuk kestabilan dan ketepatan isyarat. Papan kawalan impedans memerlukan kawalan tepat pelbagai parameter, selalunya menggunakan-papan frekuensi tinggi dengan pemalar dielektrik rendah dan stabil. Pada masa yang sama, ketebalan medium dikawal dengan tepat untuk memastikan padanan impedans setiap lapisan, mengurangkan pantulan isyarat dan crosstalk, jika tidak, ia akan membawa kepada penurunan kualiti komunikasi dan menjejaskan pengalaman pengguna.
Litar digital berkelajuan tinggi, seperti-papan induk komputer berprestasi tinggi, pelayan dan peranti lain, mempunyai kadar penghantaran data yang pantas dan keperluan yang ketat untuk lebar talian dan ketebalan lapisan tembaga bagi papan kawalan impedans. Proses pemesinan berketepatan tinggi biasanya digunakan untuk mengawal ketepatan lebar talian, dan ketebalan lapisan tembaga dioptimumkan mengikut keperluan penghantaran isyarat untuk mengurangkan rintangan wayar, pengecilan dan kelewatan isyarat, dan memastikan penghantaran data yang tepat dan cepat. Jika parameter tidak memenuhi piawaian, ralat penghantaran data mungkin berlaku, yang membawa kepada operasi sistem yang tidak stabil.
Dalam pembungkusan BGA, bilangan pin cip adalah besar dan jaraknya kecil, yang memerlukan penghantaran isyarat yang tinggi. Papan kawalan impedans perlu ditetapkan dengan parameter yang munasabah, dan struktur talian penghantaran harus dipilih dan dioptimumkan mengikut ciri pembungkusan BGA dan keperluan penghantaran isyarat. Tetapan parameter yang tidak betul boleh menyebabkan kegagalan komunikasi antara cip dan papan litar, menjejaskan prestasi peranti elektronik.
Parameter lapisan kuprum, parameter dielektrik lembaran, dan parameter lain papan kawalan impedans bekerjasama untuk menentukan prestasinya, yang seterusnya menjejaskan kualiti penghantaran isyarat sistem elektronik. Mereka memainkan peranan penting dalam peralatan komunikasi, litar digital-kelajuan tinggi, pembungkusan BGA dan senario lain serta kawalan tepat parameter secara langsung mempengaruhi prestasi peralatan dan pelaksanaan fungsi.