Импеданс трасс PCB: основы контролируемого импеданса

Контролируемый импеданс — один из ключевых параметров в проектировании современных печатных плат. Он определяет, как высокочастотные сигналы распространяются по дорожкам PCB и насколько стабильной будет работа устройства.

Данная статья логически продолжает темы основ проектирования PCB, DFM в проектировании PCB и ширины дорожек и зазоров

Что такое импеданс трассы в PCB

Импеданс трассы — это характеристическое сопротивление проводящей линии, зависящее от:

• геометрии дорожки
• расстояния до опорного слоя
• диэлектрической проницаемости материала
• структуры платы

Импеданс измеряется в омах (Ω) и отличается от обычного DC-сопротивления.

Когда требуется контролируемый импеданс

Контролируемый импеданс необходим в схемах с:

• высокочастотными сигналами
• быстрыми фронтами
• дифференциальными парами

Типичные области применения:

• USB, HDMI, PCIe
• Ethernet
• RF-цепи

Типы импедансных трасс

Microstrip

Дорожка располагается на внешнем слое платы и использует опорный внутренний слой.

Stripline

Дорожка находится между двумя опорными слоями внутри многослойной платы, обеспечивая лучшую экранировку.

Дифференциальные пары

Две согласованные трассы с контролируемым:

• дифференциальным импедансом
• расстоянием между дорожками

Параметры, влияющие на импеданс

Геометрия дорожки

Ширина и толщина меди напрямую влияют на значение импеданса. Эти параметры подробно рассматриваются в статье о ширине дорожек PCB

Расстояние до опорного слоя

Изменение расстояния до земли приводит к изменению импеданса даже при неизменной ширине дорожки.

Материал платы

Разные материалы PCB имеют разную диэлектрическую проницаемость (Dk), что существенно влияет на расчёт импеданса.

Структура платы

Структура PCB определяет расположение слоёв и влияет на стабильность импеданса по всей длине трассы.

Расчёт и контроль импеданса

Импеданс рассчитывается:

• на этапе проектирования
• с учётом реального stack-up платы

После изготовления импеданс может проверяться с помощью контрольных купонов и TDR-измерений.

Импеданс и DFM

Контролируемый импеданс требует:

• точного соблюдения геометрии
• стабильных производственных процессов

Поэтому он тесно связан с DFM в PCB дизайне и согласованием параметров с производителем.

Типичные ошибки при работе с импедансом

На практике часто встречаются:

• расчёт без учёта реального stack-up
• игнорирование допусков производства
• отсутствие согласования дифференциальных пар

Эти ошибки могут привести к деградации сигнала.

Роль производителя PCB

Для плат с контролируемым импедансом важно раннее взаимодействие с производителем. Инженеры TOPFAST, как и другие опытные команды, обычно помогают согласовать stack-up и производственные допуски, чтобы импеданс соответствовал требованиям проекта.

Заключение

Контролируемый импеданс — это не отдельная опция, а часть комплексного подхода к проектированию высокоскоростных PCB. Он требует согласованности между дизайном, материалами и производством.

Часто задаваемые вопросы об импедансе трасс PCB