Impedanzkontrolle Hochfrequente Leiterplatten-Applikationen
Die elektrische Impedanz ist das Maß für den Widerstand, den ein Stromkreis einem Strom entgegensetzt, wenn eine sinusförmige Wechselspannung angelegt wird. Dieses Kabel ist ein Koaxialkabel. Anstelle eines Koaxialkabels kann eine Antenne über ein Kabel aus zwei runden Drähten, die von einem flachen Kunststoffstreifen beabstandet wird, mit dem Gerät verbunden werden. Wie beim Koaxialkabel werden die Abmessungen und Materialien dieses Kabels sorgfältig kontrolliert, um die richtige elektrische Impedanz zu gewährleisten.
Bei Leiterplatten ist die Abschirmung die Ebene, der Isolator das Material und der Kerndraht eine Leiterbahn. Die Impedanz wird in Ohm gemessen, sollte aber nicht mit dem Widerstand verwechselt werden, der ebenfalls in Ohm gemessen wird. Der Widerstand gilt für Gleichstrom (DC), während die Impedanz für Wechselstrom (AC) gilt, der mit zunehmender Signalfrequenz wichtig wird. Diese kann bei für Leiterbahnen mit Signalkomponenten von 200 MHz oder mehr kritisch werden. Die Funktion eines Kabels oder einer Leiterbahn besteht darin, die Signalstärke von einem Gerät auf ein anderes zu übertragen. Die maximale Signalleistung wird übertragen, wenn die Impedanzen angepasst sind.
Eine Fernseh-Antenne hat eine „natürliche“ Impedanz. Bei Radiofrequenzen (FR) erfordert die Übertragung der maximalen Signalleistung von der Antenne zu den Kabeln, dass die Impedanz des Kabels mit der Impedanz der Antenne übereinstimmt. Darüber hinaus muss die Impedanz des Fernsehers mit der Impedanz des Kabels übereinstimmen. Obwohl wir uns auf Kabelverbindungen konzentrieren müssen, gelten die gleichen Überlegungen für die Signalübertragung durch Leiterbahnen auf Leiterplatten (PCB). Noch 1997 benötigten die damals noch exotischen Hochgeschwindigkeitsgeräte Leiterplatten mit kontrollierter Impedanz. Diese machten zum damaligen Zeitpunkt vielleicht 20 % der gefertigten Leiterplatten aus.
Im Jahr 2000 wurde dagegen bereits eine hohe Anzahl aller Multilayer-Leiterplatten mit kontrollierter Impedanz gefertigt. Dazu gehörten Leiterplatten für alle Arten von Technologien, für folgende Einsatzgebiete:
Telekommunikation
Verarbeitung von Videosignalen
Digitale High-Speed-Verarbeitung
Echte Grafikverarbeitung
Prozesssteuerung Die meisten Haushalte heutzutage verfügen über eine große Anzahl kostengünstiger Anwendungen dieser Technologien, zum Beispiel in den Bereichen:
Modem, Telefone, Satellitenfernsehen
Anwendungen mit GPS
Radar
Videospiele
kostengünstige PCs
Steuerungsmodule für Automotoren
Welche Arten von Impedanz-Designs können Sie auf Leiterplatten (PCB) finden?
Eingebetteter Mikrostreifen
Eine eingebettete Mikrostreifen-Übertragungsleitung besteht, ähnlich wie eine Mikrostreifenleitung, aus einem Leiter, in der Regel Kupfer, mit der Breite W und der Dicke t. Diese Kupfer, dass über eine Grundplatte gefräst wird, ist breiter ist als die Übertragungsleitung selbst. Sie wird durch ein dielektrisches Substrat der Dicke H1 getrennt.
Beschichteter koplanarer Wellenleiter mit Masse
Der koplanare Wellenleiter hat eine einzelne Leiterbahn mit kontrollierter Impedanz mit Ebenen auf jeder Seite (oder sehr breiten Masseleiterbahnen). Sie haben eine durchgehende Ebene auf der einen Seite und nur einen Schichtstoff auf der anderen Seite.
Offset-koplanarer Wellenleiter
Der koplanare Wellenleiter ähnelt der obigen Konfiguration mit der Ausnahme, dass sich Ebenen auf beiden Seiten des Laminats und eine Ebene auf derselben Schicht wie die kontrollierte Impedanzleiterbahn befinden.
Kantengekoppelte Offest-Streifenleitung
Die kantengekoppelte Offset-Streifenleitung ist eine differentielle Konfiguration mit zwei Pfaden kontrollierter Impedanz, die zwischen zwei Ebenen liegen. Die Leiterbahnen sind versetzt, können aber auch auf halber Strecke zwischen den Ebenen liegen (2H1 + T = H)
Kantengekoppelte Streifenleitung
Bei dieser differentiellen Konfiguration sind zwei Leiterbahnen durch einen Schichtstoff getrennt und zwischen zwei Ebenen eingebettet. Obwohl das Diagramm den Versatz der Leiterbahnen zeigt, besteht das Ziel der Fertigung darin, die Leiterbahnen ohne Versatz zu haben, d. h. eine muss direkt über der anderen liegen
Beschichtete koplanare Streifen
Bei dieser Konfiguration mit beschichteten koplanaren Leiterbahnen gibt es eine einzelne Leiterbahn mit kontrollierter Impedanz und zwei Massebahnen mit einer bestimmten Breite (W2/W3) auf jeder Seite. Alle Leiterbahnen sind mit Resist beschichtet.
Beschichteter koplanarer Hohlleiter mit Masse
Der koplanare Hohlleiter hat eine einzelne Leiterbahn mit kontrollierter Impedanz mit Ebenen auf jeder Seite (oder sehr breiten Massebahnen), eine durchgehende Ebene auf der einen Seite und nur einen Schichtstoff auf der anderen Seite.
Versetzter koplanarer Hohlleiter
Der koplanare Hohlleiter ähnelt der obigen Konfiguration, mit der Ausnahme, dass sich auf beiden Seiten des Schichtstoffs Ebenen befinden und eine Ebene auf der gleichen Schicht wie die Leiterbahn mit kontrollierter Impedanz.
Wie kontrolliert man die Impedanz?
Während der Leiterplattenherstellung muss dem Arbeitspanel ein Test-Coupon hinzugefügt werden. Dieser Coupon ist der beste Weg um sicherzustellen, dass der Aufbau und das Kupferbild der gewünschten Impedanz entspricht. Da die Leiterplattenimpedanz gemessen werden muss, muss der Leiterplattenhersteller einen Test-Coupon in das Arbeitspanel einfügen, das genau die Konfiguration des Impedanzdrucks auf der Leiterplatte darstellt. Diese Testcoupons müssen als Modell entworfen werden, das von dem Testmesssystem beschrieben wird. Unter Verwendung des gleichen Materials, des gleichen Produktionsprozesses und der gleichen Parameter ist der Testcoupon genau die Nachbildung der Impedanz der Leiterplatte.
Was ist ein Test-Coupon?
Der typische Test-Coupon ist eine ca. 200 x 30 mm große Leiterplatte mit genau der gleichen Leiterbahnkonstruktion wie die Hauptleiterplatte. Die Leiterbahnen des Test-Coupons sind so ausgelegt, dass sie die gleiche Breite haben wie die gesteuerten Leiterbahnen der Hauptschaltung. Dies ist der beste Weg, um ein gutes Ergebnis zu gewährleisten. Der Test-Coupon vermeidet zusätzliche Pads oder Änderungen, die die Leiterplattenimpedanz beeinflussen könnten. In Fällen, in dem die Laminatdicke angegeben ist, passt der Leiterplattenhersteller die Leiterbahnbreite an, um den Impedanzwert zu erreichen. Dieser Coupon wird nachfolgend mit geeigneten Prüfgeräten getestet und geprüft. Zu jedem Test-Coupon wird ein Bericht erstellt, in dem der gemessene Impedanzwert ausgewiesen wird.
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