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Tecnologia PCB
Come costruire un Flex Stack-Up con impedenza controllabile
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Come costruire un Flex Stack-Up con impedenza controllabile

Come costruire un Flex Stack-Up con impedenza controllabile

2021-11-11
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Author:Downs

Impedance is a measure of the limit imposed by a circuit on current. È simile a una resistenza, but it also considers the effects of inductance and capacitance. Il controllo dell'impedenza nello stack flessibile è essenziale per ridurre i riflessi del segnale e ottenere un'integrità affidabile del segnale.

Controlled impedance (CI) is the characteristic impedance of the transmission line in the PCB conductor and its associated reference plane. È particolarmente necessario quando i segnali ad alta frequenza si propagano attraverso tracce del circuito stampato.

Why do we need to control the impedance of the PCB flessibile?

In tempi moderni, flexible circuit boards have become smaller, più veloce, and more complex. Le schede flessibili sono comunemente utilizzate nelle applicazioni ad alta frequenza, such as RF communications, telecomunicazioni, calculations that use signal frequencies above 100MHz, elaborazione del segnale ad alta velocità, and high-quality analog video, come DDR, HDMI, Gigabit Ethernet, etc.

La traccia del segnale ha impedenza in ogni punto del percorso del segnale. Se il punto di impedenza è diverso dal punto, ci sarà riflessione del segnale, la cui ampiezza dipende dalla differenza tra le due impedenze. Questa riflessione si propaga nella direzione opposta al segnale, il che significa che il segnale riflesso sarà sovrapposto al segnale originale. Per comprendere meglio le letture di impedenza controllata, perché l'impedenza controllata è davvero importante?

Che cosa è la corrispondenza di impedenza in PCB?

scheda pcb

Quando si tratta di PCB flessibile design, La corrispondenza dell'impedenza diventa fondamentale perché sono spesso utilizzati in applicazioni ad alta velocità. It refers to matching the load impedance with the characteristic impedance of the transmission line. Se l'impedenza di carico e l'impedenza caratteristica sono uguali, the reflection in the transmission line will be eliminated. Ciò garantisce che la ricezione del segnale originale non sia attenuata.

Fattori che influenzano l'impedenza dei circuiti stampati flessibili

Flexible impedance control can be achieved by changing the physical dimensions of the PCB traces and the characteristics of the dielectric materials used. Di seguito sono riportati i fattori che influenzano l'impedenza del PCB flessibile.

La dimensione fisica della traccia

Trace height

La larghezza della superficie superiore della traccia

Larghezza del fondo traccia

La differenza di larghezza tra la parte superiore della traccia e la parte inferiore della traccia

The height of the trace from the ground plane

Le proprietà dielettriche dei materiali dielettrici utilizzati

La costante dielettrica del materiale dielettrico aggiunto

L'altezza dielettrica tra la traccia e il piano di riferimento

La costante dielettrica della maschera di saldatura o dello strato di copertura

Controlled impedance configuration of flexible board

La configurazione più comune per il controllo dell'impedenza di schede flessibili è:

Microtrip monoterminale

Come costruire un Flex Stack-Up con impedenza controllabile

Single-ended microstrip line per PCB flessibile

H1: L'altezza dielettrica tra la traccia e il piano di riferimento

W1: la larghezza del fondo della traccia

W2: la larghezza della superficie superiore della traccia

T1: Lo spessore della traccia

Er1: La costante dielettrica tra la traccia e il piano di riferimento

This configuration has a transmission line made of uniform conductors (thickness and width) on the outer layer of the circuit board stack. The reference plane provides a current return path for the signal transmitted on the transmission line. Le linee microstrip monoestremità consentono strutture flessibili più sottili, which also increases flexibility and reduces overall cost.

Linea di microscatto differenziale rivestita con bordo

Linea di microscatto differenziale accoppiata a bordo per PCB flessibile

H1: L'altezza dielettrica tra la traccia e il piano di riferimento

W1: la larghezza del fondo della traccia

W2: la larghezza della superficie superiore della traccia

T1: Lo spessore della traccia

S1: L'intervallo tra le due tracce della coppia differenziale

C1, C2, e C3: Spessore dello strato di copertura in posizioni diverse

CEr: costante dielettrica dello strato di copertura

When the signal and its complement are transmitted on two independent traces, si chiama segnale differenziale. These traces are called differential pairs. Le tracce sono instradate ad un passo costante. One of the main advantages of having an edge-coupled differential pair is that the noise on the reference plane is common to both traces. Questo annulla il rumore all'estremità ricevente.

Linea a nastro monoterminale

Come costruire un Flex Stack-Up con impedenza controllabile

Single-ended stripline for PCB flessibile

H1: L'altezza del primo dielettrico

H2: L'altezza del secondo strato di dielettrico

W1: la larghezza del fondo della traccia

W2: la larghezza della superficie superiore della traccia

Er1: La costante dielettrica del primo dielettrico

Er2: Costante dielettrica del secondo dielettrico

T1: Lo spessore della traccia

It implements signal routing between two ground planes in a multilayer PCB. The return path of the high frequency signal is located above and below the signal trace on the plane.

Striplina differenziale accoppiata a bordo

Come costruire un Flex Stack-Up con impedenza controllabile

Stripline differenziale accoppiato a bordo per PCB flessibile

H1: L'altezza del primo dielettrico

H2: L'altezza del secondo strato di dielettrico

W1: la larghezza del fondo della traccia

W2: la larghezza della superficie superiore della traccia

Er1: La costante dielettrica del primo dielettrico

Er2: Costante dielettrica del secondo dielettrico

T1: Lo spessore della traccia

S1: L'intervallo tra le due tracce della coppia differenziale

This configuration has two controlled impedance traces sandwiched between two planes. È simile a una linea a nastro monoterminale. The only difference is that it has a pair of conductors separated by a uniform distance.

Piano di riferimento incrociato in PCB flessibile

The ratio of the cross-hatched conductor width (HW) to the cross-hatched pitch (HP) plays an important role in characterizing the cross-hatched plane. Se il rapporto è di circa 0.293, 50% di rimozione del rame può essere raggiunta. The smaller the ratio, maggiore è la percentuale di rame da rimuovere. Compared with a rigid copper plane, L'unico svantaggio dell'impedenza di controllo flessibile è la necessità di avere un valore di impedenza di controllo più elevato.

Il piano di riferimento a tratteggio incrociato significa che una grande percentuale di rame è stata rimossa dal piano. Ha un impatto significativo sull'impedenza controllata nel PCB flessibile. Il piano incrociato non può fornire schermatura al 100% per le tracce di segnale. Lo scopo principale del piano di riferimento incrociato è quello di aumentare la flessibilità del circuito stampato.

Il controllo dell'impedenza nella progettazione flessibile richiede un nucleo flessibile più spesso rispetto al nucleo flessibile standard per raggiungere il valore di impedenza richiesto. A thicker flexible core increases the overall thickness and reduces bendability.

La configurazione microstrip superficiale lascia il posto al nucleo flessibile più sottile possibile, fornendo il massimo grado di flessibilità. La configurazione stripline consente schermatura su entrambi i lati della traccia. Tuttavia, questa configurazione aumenta significativamente lo spessore di deflessione, che a sua volta riduce la capacità di deflessione.

Il bordo flessibile è solitamente fatto di un substrato di poliimide. Compared to rigid materials, these substrates provide lower Dk values (3 to 3.5). Lo spessore del materiale flessibile è sempre uniforme. This makes them ideal for flexible control impedance design.

Esistono due tipi di materiali poliimidici: materiali a base di adesivo e materiali senza adesivo. Sia materiali adesivi che a base adesiva possono essere utilizzati per progetti CI flessibili. Tuttavia, grazie ai suoi risultati costanti, i materiali privi di leganti sono più adatti per applicazioni ad alta velocità.

Materiali avanzati come Teflon e Teflon/Polyimide hybrid materials are suitable for high-speed applications. Questi materiali sono più costosi dei materiali poliimidici. Standard adhesive-free polyimide materials meet the design requirements of controlled impedance while reducing costs. Sierra Circuits utilizza materiali DuPont per PCB flessibiles.

L'impedenza controllata è uno dei fattori chiave per ridurre al minimo i riflessi del segnale nel PCB.