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Technologie PCB
Une interprétation facile de l'impédance caractéristique
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Une interprétation facile de l'impédance caractéristique

Une interprétation facile de l'impédance caractéristique

2021-08-23
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Author:IPCB

Principe de la logique numérique à grande viTesse abstraite et complexe, and how to transmit square wave signals in the transmission line, and how to ensure its signal integrity (Signal Integrity), reduce its noise (Noise) to reduce the misoperation and other professional expressions, Si vous pouviez utiliser des exemples simples de la vie, but if you bring in a bunch of mathematical formulas and difficult physical languages instead of moving, L'inspiration et les bénédictions des débutants ou des intervenants seront plus efficaces si moins d'efforts sont nécessaires..


Cependant, de nombreux professionnels de premier cycle, même les médecins et les professeurs qui enseignent à Xingtan, ne savent pas s'ils ne sont pas vraiment entrés dans cette situation et pourquoi. Ou ils ont délibérément montré ce qu'ils savent pour effrayer les gens instruits, mais ils ne le savent pas, ou ils ont les deux mentalités! Il y a beaucoup de livres et d'articles de journaux sur le marché, dont la plupart sont déroutants. Très peu d'exemples. Ça fait vraiment voir les fleurs dans le brouillard. C'est étrange de le comprendre!


Les auteurs ont récemment obtenu de brèves informations sur le contrôle de l'impédance, fournies par Nissho Hioki, une société spécialisée dans les essais électriques. Le contenu peut être dit en un coup d'oeil, ce qui rend les gens très heureux. C'est un domaine que l'auteur poursuit depuis longtemps. Avec l'aide de Liao Fengying, Vice - Président de la société de construction de Hong Kong, de l'auteur original, Hiroshi Yamazaki et de ses supérieurs, j'ai été ravi d'obtenir l'Accord de l'ancienne société de construction Wenkang. Merci à Yoshihiko kanai et aux autres d'avoir complété cet article. Tous les aînés et les aînés sont invités à fournir un grand nombre de renseignements semblables pour le bénéfice de leurs lecteurs et vous excellerez dans l'industrie.


(1). Considérer la transmission du signal comme un tuyau d'arrosage


1.1 In the multi-layer board signal line of the digital system, Lorsque le signal d'onde carrée est transmis, it can be imagined as a hose to send water to the flowers. Une extrémité est pressurisée dans la poignée pour éjecter la colonne d'eau, and the other end is connected to the faucet. Lorsque la pression exercée par le tube de serrage est correcte, and the range of the water column is correctly sprayed on the target area, Donner et recevoir seront heureux et la tâche sera accomplie avec succès. Isn't it a handy little achievement?


1.2 cependant, une fois que le processus d'injection d'eau est trop loin, non seulement les cibles et les ressources en eaux usées sont libérées, mais en raison de la forte pression de l'eau, il est possible qu'il n'y ait même pas d'endroit où s'écouler, de sorte qu'il peut rebondir de la source et que le tuyau tombe du robinet! Non seulement la Mission a - t - elle échoué, mais elle a aussi été un grand revers. C'est si piquant et plein de tofu!


1.3.. inversement, si la poignée n'est pas suffisamment serrée pour être trop proche, le résultat souhaité ne peut toujours pas être obtenu. Trop n'est pas ce que tu veux. Ce n'est que lorsque c'est juste que tout le monde sera heureux.


1.4 Les détails simples de la vie décrits ci - dessus peuvent être utilisés pour montrer que le signal d'onde carrée (signal) est exécuté dans une ligne de transmission multicouche (ligne de transmission constituée d'une ligne de signal, d'une couche diélectrique et d'une couche de mise à la terre). Livraison rapide. À ce stade, les lignes de transmission (souvent appelées câbles coaxiaux, microstrips ou rubans, Attendez..) peuvent être considérées comme des flexibles, la pression exercée par le tube de retenue étant similaire à celle exercée par le « récepteur» sur la plaque. (récepteur) la résistance parallèle à GNd est universelle (il s'agit de l'une des cinq technologies terminales décrites en détail dans l'article « développement de résistances intégrées » dans le numéro 13 du procès - verbal de la tpca), Peut être utilisé pour ajuster son impédance caractéristique du point d'extrémité (impédance caractéristique) pour correspondre aux exigences internes du composant récepteur.


2. Technologie de contrôle terminal de ligne de transmission (Terminal)


2.1 Il ressort de ce qui précède que, lorsqu'un "signal" est transmis dans une ligne de transmission et atteint un point d'extrémité et qu'il est destiné à fonctionner dans un élément récepteur (par exemple un processeur ou une meomery et d'autres circuits intégrés de tailles différentes), l '"impédance caractéristique" de la ligne de signal elle - même doit être telle qu'elle corresponde à l'impédance électronique interne de l'élément terminal, Pour que la Mission ne soit pas vaine. En termes de terminologie, cela signifie que les instructions sont exécutées correctement, que les interférences sonores sont réduites et que le mauvais fonctionnement est évité. Une fois qu'elles ne correspondent pas, une petite quantité d'énergie rebondit vers l'émetteur, ce qui crée des problèmes de réflexion du bruit (bruit).


2.2 Lorsque le concepteur a réglé l'impédance caractéristique (Z0) de la ligne de transmission elle - même à 28 ohms, la résistance au sol (ZT) des commandes terminales doit également être de 28 Ohms pour aider la ligne de transmission à maintenir Z0 et à stabiliser toute la valeur de conception de 28 ohms. La transmission du signal n'est plus efficace que si Z0 = ZT correspond, tout comme son "intégrité du signal" (terme particulier pour la qualité du signal).


3. Impédance caractéristique (impédance caractéristique)


3.1 When a square wave of a signal moves forward with a high-level positive pressure signal in the signal line of the transmission line assembly, the reference layer (such as the ground layer) closest to it is theoretically necessary The negative pressure signal induced by the electric field accompanies the forward (equal to the return path of the positive pressure signal), Cela complète le système de circulation. If the "signal" travels forward and freezes its flight time for a short time, you can imagine the instantaneous impedance (Instantanious Impedance) that the signal line, dielectric layer, Expérience avec le niveau de référence. This is the so-called "Characteristic impedance".


Par conséquent, l'impédance caractéristique doit être reliée à la largeur de ligne (w), à l'épaisseur de ligne (t), à l'épaisseur diélectrique (h) et à la constante diélectrique (DK) de la ligne de signal. La ligne Microstrip est l'une des lignes de transmission et son schéma et sa formule de calcul sont les suivants: [Note à l'auteur] la traduction correcte de DK (constante diélectrique) doit être la constante diélectrique. Dans le texte original... R devrait en fait être appelé "capacité relative" et la "capacité relative" est correcte. Ce dernier point de vue est du point de vue du condensateur de tôle parallèle. Comme il est plus proche de la réalité, de nombreuses spécifications importantes (telles que IPC - 6012, IPC - 4101, IPC - 2141 et CEI - 326) ont été renommées... Ces dernières années. E dans l'image originale est incorrect et devrait être l'alphabet grec (episolon).


3.2 conséquences d'une mauvaise correspondance de l'impédance


Since the original term "characteristic impedance" (Z0) of high-frequency signals is very long, it is generally referred to as "impedance". Les lecteurs doivent être prudents, this is not exactly the same as the impedance value (Z) that appears in the low-frequency AC (60Hz) wire (not the transmission line). Système numérique, when the Z0 of the entire transmission line can be managed properly, and if it is controlled within a certain range (±10% or ±5%), this high-quality transmission line will reduce noise and avoid misoperation. Cependant,, when any one of the four variables (w, t, h, r) of Z0 in the above microstrip line is abnormal, such as a gap in the signal line in the figure, the original Z0 will rise suddenly (see the above formula The fact that Z0 is inversely proportional to W), and cannot continue to maintain the due stability and uniformity (Continuous), L'énergie du signal doit augmenter en partie, while part of the rebound reflection is missing. Voilà., noise and malfunction cannot be avoided. Le tuyau de l'image ci - dessous a été soudainement piétiné par le fils de Yamazaki, causing abnormalities at both ends of the hose, Cela montre que l'impédance caractéristique ci - dessus est mal appariée..

ATL

3.3 Poor impedance matching causes noise


Le rebond de l'énergie de certains des signaux susmentionnés entraînera une déformation anormale immédiate du signal d'onde carrée de haute qualité d'origine (c. - à - d. un dépassement de haut niveau vers le haut, un sous - réglage de bas niveau vers le bas, et les deux sonneries subséquentes; voir également le procès - verbal de La tpca, numéro 13, « condensateurs intégrés ») pour plus de détails. Ce type de bruit à haute fréquence peut causer des défauts lorsqu'il est grave. Plus la vitesse de l'impulsion est rapide, plus le bruit est grand, plus il est facile de faire des erreurs.


4. Essai d'impédance caractéristique


4.1 Mesure TDR


It can be seen from the above that the characteristic impedance value in the overall transmission line must not only maintain uniformity, Les valeurs doivent également être conformes aux tolérances requises par le concepteur.. The general measurement method is to use Time Domain Reflectometry (TDR). This TDR can generate a step wave (StepPulse or Step Wave) and send it into the transmission line to be tested to become an incident wave (Incident Wave). Alors..., when the width of the signal line changes, L'augmentation et la diminution des valeurs de Z0 ohms apparaîtront également à l'écran..


4.2 Il n'est pas nécessaire de mesurer Z0 à basse fréquence et TDR sera utilisé à grande vitesse.


When the wavelength of the signal square wave (lambda) far exceeds the length of the board circuit, Il n'est pas nécessaire de tenir compte des problèmes difficiles dans les domaines à grande vitesse tels que la réflexion et le contrôle de l'impédance.. Par exemple:, the CPU that was not fast in the early 1989 had a clock rate of only 10MHz, Bien sûr, il n'y a pas de problèmes complexes dans la transmission du signal. However, Fréquence interne actuelle du Pentium 4. is as high as 1.7 GHz, Cela crée naturellement des problèmes. Compared with the huge difference in the past, Ce n'est qu'un ciel.! From the wave formula, we can see that the wavelength of the 10MHz square wave mentioned above is:


But when the clock rate of the DRAM chipset has risen to 800MHz, La longueur d'onde de son onde carrée sera également réduite à 37.5 cm; Et le processeur P - 4 est aussi rapide que 1.7GHz and the wavelength is shorter to 17.6 cm, so its Circuits imprimés Les fréquences externes transmises par la carte mère entre les deux ci - dessus seront également accélérées dans les longueurs d'onde de 400 MHz et 75 cm.. It can be seen that the line length in these packaged substrates (substrate), Même la longueur de la ligne sur la carte mère, have reached the signal wavelength. Bien sûr., the transmission line effect must be paid attention to, Les mesures TDR doivent également être utilisées. .


4.3 TDR a une longue histoire


Il n'est pas nouveau de mesurer l'impédance caractéristique (Z0) d'une ligne de transmission à l'aide d'un réflecteur de Domaine temporel. Au cours des premières années, il a été utilisé pour surveiller la sécurité des câbles sous - marins et a toujours été préoccupé par la question de savoir s'il y avait des « ruptures » dans la qualité de la transmission. À l'heure actuelle, il a été progressivement appliqué à l'ordinateur à grande vitesse et aux communications à haute fréquence.


4.4 essai TDR de la plaque porteuse du processeur


The packaging technology of active components has been continuously renovated and accelerated in recent years. The C-DIP and P-DIP double-row socket soldering (PTH) in the 1970s has almost disappeared. In the 1980s, the QFP (four-sided protruding foot) or PLCC (four-sided hook foot) of the metal tripod (Lead Frame) has gradually decreased from the HDI board or hand-held models. Au contraire., C'est BGA ou CSP., or the LGA with no legs, which is the bottom surface of the organic sheet (Area Array). Even the interconnection of the chip (Chip) to the carrier (Substract) has progressed from wire bond to the shorter and more direct "flip chip" (FC) technology. La vitesse de charge dans l'industrie électronique a presque changé rapidement!


Hioki a lancé le "1109 hi tester" en juin 2001 au jpca. Afin de mesurer correctement Z0 de la plaque porteuse FC / PGA à grande vitesse de 1,7 GHz, la sonde de vol n'est plus utilisée pour un mouvement rapide. L'essai tactile Manuel du TDR à sonde SMA (type presse) a également été abandonné. Au lieu de cela, des câbles fixes à haute fréquence à courte portée sont utilisés pour le positionnement précis avec des contacts fixes à haute fréquence, et des essais automatiques de haute précision sont effectués aux points de mesure des décalages automatiques de distance et des lignes de contact.


With the XY displacement of the CCD camera lens monitoring platform, Le capteur de hauteur laser détecte le point de chute dans la direction Z, these dual precise positioning and point finding, Couplage avec des broches rotatives, can avoid repetition. Problèmes avec les câbles traditionnels, connectors, Et interrupteurs, etc., Réduit considérablement l'erreur de mesure du TDR. This has made the "1109HiTESTER" measurement of Z0 on the package carrier board far more accurate than other methods.


En fait, la combinaison de sondes utilise un ensemble de sondes dans quatre directions (1 signal et 2 GNd dans chaque direction). Lorsque le CCD surveille et mesure simultanément, les données sont évidemment plus précises. Toute erreur causée par un changement de température peut également être minimisée par une correction automatique de la valeur standard de la carte céramique.


4.5 précision et propreté


Le nouveau 1109 permet non seulement d'effectuer des mesures Z0 sur le processeur de la carte porteuse encapsulée la plus haute, but also perform precise measurements on the other high-priced CSP, BGA, FC, etc. with ease. The size to be tested can even be as small as 10mm*10mm, to a huge 500mm*600mm, Il peut faire face à des changements drastiques. In the future, En plus des coupons, l'industrie peut exiger la mesure de Z0 pour les lignes de signalisation réelles.. This difficult TDR technology is currently under development.