เหตุ ผล ที่ การ ปก ป้อง ที่ มี การ ควบคุม เป็น เรื่อง สําคัญ สําหรับ PCB ที่ ใช้ ความ เร่ง สูง

ในโลกของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ความเร็วสูง-ที่ใดที่ส่งสัญญาณการแข่งขันที่ 10Gbps และอื่น ๆ-ความต้านทานที่ควบคุมไม่ได้ไม่ได้เป็นเพียงการพิจารณาการออกแบบ มันเป็นกระดูกสันหลังของประสิทธิภาพที่เชื่อถือได้ จากตัวรับส่งสัญญาณ 5G ไปจนถึงโปรเซสเซอร์ AI การจัดการสัญญาณความถี่สูง (200MHz+) ความต้องการการจับคู่ความต้านทานที่แม่นยำเพื่อป้องกันการเสื่อมสภาพของสัญญาณข้อผิดพลาดของข้อมูลและการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI)

คู่มือนี้อธิบายว่าเหตุใดจึงมีความสำคัญต่อความต้านทานการคำนวณและกลยุทธ์การออกแบบที่ทำให้มั่นใจได้ว่า PCB ความเร็วสูงของคุณทำงานได้ตามที่ตั้งใจไว้ เราจะแยกปัจจัยสำคัญเช่นเรขาคณิตการติดตามการเลือกวัสดุและวิธีการทดสอบด้วยการเปรียบเทียบที่ขับเคลื่อนด้วยข้อมูลเพื่อเน้นผลกระทบของความต้านทานต่อความต้านทาน ไม่ว่าคุณจะออกแบบบอร์ดอีเธอร์เน็ต 10Gbps หรือโมดูล 28GHz 5G การควบคุมความต้านทานการควบคุมจะช่วยให้คุณหลีกเลี่ยงความล้มเหลวที่มีค่าใช้จ่ายสูงและตรวจสอบความสมบูรณ์ของสัญญาณ

ประเด็นสำคัญ
1. การควบคุมอิมพีแดนซ์ทำให้มั่นใจได้ว่าการติดตามสัญญาณจะรักษาความต้านทานที่สอดคล้องกัน (โดยทั่วไปคือ50Ωสำหรับดิจิตอลความเร็วสูง/RF) ทั่ว PCB ป้องกันการสะท้อนและการบิดเบือน
2. ความต้านทานต่อการสะท้อนสัญญาณการสะท้อนสัญญาณข้อผิดพลาดเวลาและ EMI-ผู้ผลิตต้นทุน $ 50K-$ 200K ในการทำงานซ้ำสำหรับการผลิตปริมาณสูง
3. ปัจจัยสำคัญรวมถึงความกว้างของการติดตามความหนาของอิเล็กทริกและวัสดุพื้นผิว (เช่น Rogers vs. FR4) แต่ละความต้านทานที่ส่งผลกระทบต่อ 10–30%
4. มาตรฐานอุตสาหกรรมต้องการความทนทานต่อความต้านทาน± 10% สำหรับ PCBs ความเร็วสูงส่วนใหญ่โดยมีความอดทน± 5% สำหรับแอปพลิเคชัน 28GHz+ (เช่น 5G mmwave)
5. การทดสอบด้วยการสะท้อนกลับโดเมนเวลา (TDR) และคูปองทดสอบทำให้มั่นใจได้ว่าความต้านทานตรงตามข้อกำหนดช่วยลดความล้มเหลวของสนามลง 70%

อิมพีแดนซ์ควบคุมใน PCB คืออะไร?
อิมพีแดนซ์ที่ควบคุมได้หมายถึงการออกแบบร่องรอย PCB เพื่อรักษาความต้านทานที่เฉพาะเจาะจงและสอดคล้องกับสัญญาณกระแสสลับ (AC) ซึ่งแตกต่างจาก Direct Current (DC) ซึ่งขึ้นอยู่กับความต้านทานเพียงอย่างเดียวสัญญาณ AC (โดยเฉพาะอย่างยิ่งสัญญาณความถี่สูง) โต้ตอบกับร่องรอยนำไฟฟ้าของ PCB วัสดุอิเล็กทริกและส่วนประกอบโดยรอบ

สำหรับ PCBs ความเร็วสูงค่านี้มักจะเป็น50Ω (พบมากที่สุดสำหรับดิจิตอลและ RF), 75Ω (ใช้ในวิดีโอ/โทรคมนาคม) หรือ100Ω (คู่ต่างเช่นอีเธอร์เน็ต) เป้าหมายคือการจับคู่ความต้านทานการติดตามกับแหล่งที่มา (เช่นชิปตัวรับส่งสัญญาณ) และโหลด (เช่นตัวเชื่อมต่อ) เพื่อให้แน่ใจว่าการถ่ายโอนพลังงานสูงสุดและการสูญเสียสัญญาณน้อยที่สุด

ทำไมต้อง50Ω? มาตรฐานอุตสาหกรรม
มาตรฐาน50Ωเกิดขึ้นจากความสมดุลของปัจจัยสำคัญสามประการ:

A. การจัดการกำลัง: อิมพีแดนซ์ที่สูงขึ้น (เช่น75Ω) ลดความจุพลังงานในขณะที่อิมพีแดนซ์ต่ำ (เช่น30Ω) เพิ่มการสูญเสีย
การสูญเสีย B.Signal: 50Ωลดการลดทอนที่ความถี่สูง (1–100GHz) เมื่อเทียบกับค่าอื่น ๆ
C. การออกแบบพื้นฐาน: 50Ωสามารถทำได้ด้วยความกว้างการติดตามทั่วไป (0.1–0.3 มม.) และความหนาของอิเล็กทริก (0.1–0.2 มม.) โดยใช้วัสดุมาตรฐานเช่น FR4

เหตุใดจึงมีความสำคัญต่อความต้านทานสำหรับ PCBs ความเร็วสูง
ที่ความเร็วต่ำ (<100MHz) สัญญาณจะแพร่กระจายช้าพอที่ความต้านทานไม่ตรงกันไม่ค่อยก่อให้เกิดปัญหา แต่สำหรับการออกแบบความเร็วสูง (> 200MHz) ที่เวลาเพิ่มขึ้นสัญญาณสั้นกว่าความยาวการติดตามแม้กระทั่งความไม่ตรงกันเล็ก ๆ ก็สร้างปัญหาหายนะ:

1. การสะท้อนสัญญาณ: ผู้ก่อวินาศกรรมที่ซ่อนอยู่
เมื่อสัญญาณพบการเปลี่ยนแปลงความต้านทานอย่างฉับพลัน (เช่นร่องรอยแคบตามด้วยสัญญาณกว้างหรือผ่าน) ส่วนหนึ่งของสัญญาณสะท้อนกลับไปยังแหล่งที่มา ภาพสะท้อนเหล่านี้ผสมกับสัญญาณดั้งเดิมทำให้เกิด:

A.Overshoot/Undershoot: แรงดันไฟฟ้าแหลมที่เกินเรตติ้งแรงดันไฟฟ้าส่วนประกอบที่สร้างความเสียหาย ICS
B.ringing: ความผันผวนที่ยังคงอยู่หลังจากสัญญาณควรมีเสถียรภาพนำไปสู่ข้อผิดพลาดของเวลา
C.Attenuation: สัญญาณอ่อนตัวเนื่องจากการสูญเสียพลังงานในการสะท้อนลดช่วง

ตัวอย่าง: สัญญาณ 10Gbps ในการติดตาม50Ωที่มีความต้านทานต่อความต้านทาน 20% (60Ω) สูญเสียพลังงาน 18% ไปสู่การสะท้อนกลับ-ข้อมูลที่เสียหายใน 1 จาก 10,000 บิต (BER = 1E-4)

2. ข้อผิดพลาดเกี่ยวกับเวลาและการทุจริตของข้อมูล
ระบบดิจิตอลความเร็วสูง (เช่น PCIe 5.0, Ethernet 100G) ขึ้นอยู่กับเวลาที่แม่นยำ การสะท้อนความล่าช้ามาถึงสัญญาณมาถึง:

A.Setup/Hold การละเมิด: สัญญาณมาถึงเร็วเกินไปหรือช้าที่ผู้รับนำไปสู่การตีความบิตที่ไม่ถูกต้อง
B.Skew: คู่ต่าง (เช่น100Ω) สูญเสียการซิงโครไนซ์เมื่อความต้านทานความต้านทานไม่ตรงกันส่งผลกระทบต่อการติดตามหนึ่งมากกว่าอีก

จุดข้อมูล: ความต้านทานต่อความต้านทาน 5% ในสัญญาณ 28GHz 5G ทำให้เกิดการเบ้เวลา 100PS - พอที่จะพลาดหน้าต่างการสุ่มตัวอย่างในมาตรฐาน 5G NR (3GPP)

3. สัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI)
อิมพีแดนซ์ที่ไม่ตรงกันสร้างการแผ่รังสีสัญญาณที่ไม่สามารถควบคุมได้เปลี่ยนร่องรอยเป็นเสาอากาศขนาดเล็ก EMI นี้:

a.disrupts ส่วนประกอบที่ละเอียดอ่อนใกล้เคียง (เช่นเซ็นเซอร์, วงจรอะนาล็อก)
B.Fails การทดสอบกฎระเบียบ (FCC ตอนที่ 15, CE RED), การเปิดตัวผลิตภัณฑ์ล่าช้า

ผลการทดสอบ: PCB ที่มีความต้านทานต่อความต้านทาน 15% ทำให้เกิด EMI เพิ่มขึ้นอีก 20dB ที่ 10GHz มากกว่าการออกแบบที่ตรงกัน - ขีด จำกัด FCC Class B

ค่าใช้จ่ายในการเพิกเฉยต่อการควบคุมความต้านทาน

ปัจจัยที่มีผลต่อความต้านทาน PCB
การบรรลุความต้านทานที่ควบคุมนั้นต้องมีการปรับสมดุลตัวแปรสำคัญสี่ประการ แม้แต่การเปลี่ยนแปลงเล็กน้อย (± 0.05 มม. ในความกว้างของการติดตาม) สามารถเปลี่ยนอิมพีแดนซ์ได้ 5-10%:

1. เรขาคณิตติดตาม: ความกว้างความหนาและระยะห่าง
A. ความกว้างของแทร็ก: ร่องรอยที่กว้างขึ้นลดความต้านทาน (พื้นที่ผิวมากขึ้น = ความต้านทานต่ำกว่า) การติดตาม 0.1 มม. บน FR4 (0.1 มม. อิเล็กทริก) มีความต้านทาน ~ 70Ω; การขยายให้เป็น 0.3 มม. ลดความต้านทานเป็น ~ 50Ω
B.Copper ความหนา: ทองแดงหนา (2oz เทียบกับ 1oz) ลดความต้านทานเล็กน้อย (5-10%) เนื่องจากความต้านทานต่ำกว่า
C.Differential การเว้นระยะห่าง: สำหรับคู่ต่างกัน100Ω, ระยะห่างห่างกัน 0.2 มม. (ด้วยความกว้าง 0.2 มม.) บน FR4 บรรลุความต้านทานเป้าหมาย ระยะห่างที่ใกล้ชิดลดความต้านทาน ระยะห่างที่กว้างขึ้นเพิ่มขึ้น

2. วัสดุอิเล็กทริกและความหนา
วัสดุฉนวนระหว่างร่องรอยและระนาบกราวด์อ้างอิง (ไดอิเล็กทริก) มีบทบาทอย่างมาก:

A.Dielectric ค่าคงที่ (DK): วัสดุที่มี DK ต่ำกว่า (เช่น Rogers RO4350, DK = 3.48) มีความต้านทานสูงกว่าวัสดุ DK สูง (เช่น FR4, DK = 4.5) สำหรับขนาดการติดตามเดียวกัน
ความหนา B.Dielectric (H): อิเล็กทริกหนาขึ้นเพิ่มความต้านทาน (ระยะห่างระหว่างการติดตามและพื้นดินมากขึ้น = ความจุน้อยกว่า) ความหนาสองเท่าจาก 0.1 มม. ถึง 0.2 มม. เพิ่มความต้านทานโดยประมาณ 30%
C. Loss Tangent (DF): วัสดุ DF ต่ำ (เช่น Rogers, DF = 0.0037) ลดการสูญเสียสัญญาณที่ความถี่สูง แต่ไม่ส่งผลกระทบโดยตรงต่ออิมพีแดนซ์

3. PCB stack-up และเครื่องบินอ้างอิง
พื้นดินที่เป็นของแข็งหรือระนาบพลังงานที่อยู่ติดกับการติดตามสัญญาณ (ระนาบอ้างอิง) มีความสำคัญต่อความต้านทานต่อการควบคุม ไม่มีมัน:

A. impedance กลายเป็นสิ่งที่คาดเดาไม่ได้ (แตกต่างกัน 20-50%)
การแผ่รังสี B.Signal เพิ่มขึ้นทำให้ EMI

สำหรับการออกแบบความเร็วสูง:

A. เลเยอร์สัญญาณสถานที่ด้านบน/ต่ำกว่าระนาบพื้นดิน (การกำหนดค่า microstrip หรือ stripline)
B. การหลีกเลี่ยงการแยกเครื่องบินอ้างอิง (เช่นการสร้าง "หมู่เกาะ" ของพื้นดิน) เนื่องจากสิ่งนี้สร้างความผิดพลาดของอิมพีแดนซ์

4. ความคลาดเคลื่อนการผลิต
แม้แต่การออกแบบที่สมบูรณ์แบบก็อาจล้มเหลวได้หากกระบวนการผลิตแนะนำความแปรปรวน:

A. การเปลี่ยนแปลงการเปลี่ยนแปลง: การดึงมากเกินไปช่วยลดความกว้างของการติดตามเพิ่มความต้านทานเพิ่มขึ้น 5-10%
ความหนาของ B.Dielectric: Prepreg (วัสดุพันธะ) อาจแตกต่างกันไป± 0.01 มม., การเลื่อนความต้านทานโดย 3–5%
C.Copper PLATING: การชุบการชุบที่ไม่สม่ำเสมอติดตามความหนาที่ส่งผลกระทบต่ออิมพีแดนซ์

เคล็ดลับข้อมูลจำเพาะ: ระบุความคลาดเคลื่อนที่แน่นหนาสำหรับเลเยอร์วิกฤต (เช่น± 0.01 มม. สำหรับความหนาของอิเล็กทริก) และทำงานร่วมกับผู้ผลิตที่ได้รับการรับรองจาก IPC-6012 Class 3 (PCBs ความน่าเชื่อถือสูง)

กลยุทธ์การออกแบบสำหรับอิมพีแดนซ์ควบคุม
การบรรลุความต้านทานเป้าหมายต้องมีการวางแผนอย่างรอบคอบตั้งแต่เริ่มต้น ทำตามขั้นตอนเหล่านี้เพื่อให้แน่ใจว่าประสบความสำเร็จ:

1. เลือกวัสดุที่เหมาะสมก่อน
A. สำหรับการออกแบบที่ไวต่อต้นทุน (1–10GHz): ใช้ High-TG FR4 (TG≥170° C) กับ DK = 4.2–4.5 มันมีราคาไม่แพงและใช้งานได้สำหรับแอพพลิเคชั่นดิจิตอลความเร็วสูงส่วนใหญ่ (เช่น USB4, PCIE 4.0)
B. สำหรับความถี่สูง (10–100GHz): เลือกใช้วัสดุ DK ต่ำเช่น Rogers RO4350 (DK = 3.48) หรือ PTFE (DK = 2.1) เพื่อลดการสูญเสียและรักษาเสถียรภาพความต้านทาน
C. สำหรับ PCB ที่ยืดหยุ่น: ใช้ polyimide (DK = 3.5) กับทองแดงรีด (พื้นผิวเรียบ) เพื่อหลีกเลี่ยงความแปรปรวนของความต้านทานจากทองแดงขรุขระ

2. คำนวณขนาดการติดตามด้วยความแม่นยำ
ใช้เครื่องคิดเลขอิมพีแดนซ์หรือเครื่องมือจำลองเพื่อกำหนดความกว้างของการติดตามระยะห่างและความหนาของอิเล็กทริก เครื่องมือยอดนิยมรวมถึง:

A.Altium Designer Impedance Calculator: รวมเข้ากับซอฟต์แวร์เลย์เอาต์สำหรับการปรับแบบเรียลไทม์
B.Saturn PCB Toolkit: เครื่องคิดเลขออนไลน์ฟรีพร้อมการสนับสนุน MicroStrip/Stripline
C.Ansys HFSS: การจำลอง 3D ขั้นสูงสำหรับการออกแบบที่ซับซ้อน (เช่น 5G mmwave)

ตัวอย่าง: เพื่อให้ได้50Ωบน Rogers RO4350 (DK = 3.48) ด้วยทองแดง 1oz และไดอิเล็กทริก 0.1 มม. จำเป็นต้องมีความกว้างการติดตาม 0.25 มม. - กว้างกว่า 0.2 มม. ที่จำเป็นสำหรับ FR4 เนื่องจาก DK ต่ำกว่า

3. ลดความต้านทานต่อความต้านทานต่อความต้านทาน
การเปลี่ยนแปลงอย่างฉับพลันในเรขาคณิตการติดตามหรือการเปลี่ยนเลเยอร์เป็นสาเหตุที่ใหญ่ที่สุดของความไม่ตรงกัน ลดพวกเขาด้วย:

A.Smooth Trace Transitions: การติดตามการติดตามแบบกว้างเป็นนาร์โรว์เปลี่ยนไปมากกว่า 3–5x ความกว้างของการติดตามเพื่อหลีกเลี่ยงการสะท้อน
B.VIA Optimization: ใช้ vias ตาบอด/ฝัง (แทนที่จะเป็นผ่านรู) เพื่อลดความยาวของต้นขั้ว (เก็บสตับ <0.5 มม. สำหรับสัญญาณ 10GHz+) เพิ่ม Vias ภาคพื้นดินรอบ ๆ สัญญาณ Vias เพื่อรักษาความต้านทาน
C. เครื่องบินอ้างอิงที่สอดคล้องกัน: ตรวจสอบให้แน่ใจว่าระนาบภาคพื้นดิน/พลังงานนั้นต่อเนื่องภายใต้ร่องรอย - หลีกเลี่ยงช่องว่างที่สร้าง“ การกระแทกอิมพิแดนซ์”

4. ทำงานร่วมกับผู้ผลิตของคุณ
การสื่อสารล่วงหน้ากับผู้ผลิต PCB ของคุณเป็นสิ่งสำคัญ แบ่งปัน:

A.Target ค่าอิมพีแดนซ์ (เช่น50Ω± 5% สำหรับเลเยอร์สัญญาณ)
รายละเอียด B.Stack-up (วัสดุ, ความหนา, ลำดับชั้น)
ข้อกำหนดความกว้าง/ระยะห่างของ C.Trace

ผู้ผลิตสามารถ:

A.Sommend ทางเลือกวัสดุทางเลือกหากสารตั้งต้นที่คุณระบุไม่สามารถใช้งานได้
B. กระบวนการปรับ (เช่นพารามิเตอร์การแกะสลัก) เพื่อให้ได้รับความคลาดเคลื่อนอย่างแน่นหนา
C.ADD คูปองทดสอบ (ส่วน PCB ขนาดเล็กที่มีร่องรอยเหมือนกัน) สำหรับการทดสอบความต้านทานหลังการผลิต

การทดสอบและการตรวจสอบ: การสร้างความมั่นใจว่าเป็นความต้านทานตรงตามข้อกำหนด
แม้แต่การออกแบบที่ดีที่สุดก็ยังต้องการการตรวจสอบความถูกต้อง ใช้วิธีการเหล่านี้เพื่อยืนยันความต้านทาน:

1. การสะท้อนกลับโดเมนเวลา (TDR)
TDR เป็นมาตรฐานทองคำสำหรับการวัดความต้านทาน เครื่องมือ TDR ส่งชีพจรที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว (10–50ps) ลงตามการติดตามและการวัดการสะท้อน เส้นแบนบ่งบอกถึงความต้านทานที่สอดคล้องกัน Spikes แสดงความไม่ตรงกัน

A. สิ่งที่ตรวจพบ: การเปลี่ยนแปลงความต้านทานอย่างฉับพลัน (เช่นผ่านสตับ, การเปลี่ยนแปลงความกว้างของการติดตาม)
B. ความแม่นยำ: ±2Ωสำหรับระบบส่วนใหญ่เพียงพอสำหรับข้อกำหนดการยอมรับ± 5%

2. คูปองทดสอบ
ผู้ผลิตรวมถึงคูปองทดสอบบนแผง PCB - ส่วนเล็ก ๆ ที่มีร่องรอยเหมือนกับการออกแบบของคุณ การทดสอบคูปอง:

A.Validates อิมพีแดนซ์โดยไม่ทำลาย PCB หลัก
B.Accounts สำหรับตัวแปรการผลิต (การแกะสลัก, การเคลือบ) ที่มีผลต่อแผงทั้งหมด

แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุด: การออกแบบคูปองที่มีความกว้างของการติดตามระยะห่างและสแต็คเป็นสัญญาณที่สำคัญ ทดสอบคูปอง 10% ต่อแผงสำหรับการออกแบบความน่าเชื่อถือสูง

3. Vector Network Analyzer (VNA)
สำหรับการออกแบบความถี่สูง (28GHz+), VNAs วัด S-parameters (S11, S21) เพื่อคำนวณความต้านทานและการสูญเสียสัญญาณ VNAs เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับ PCB ขนาด 5G mmwave ซึ่งแม้แต่ความไม่ตรงกันเล็กน้อยก็ทำให้เกิดการสูญเสียอย่างมีนัยสำคัญ

เกณฑ์การยอมรับ

ข้อผิดพลาดทั่วไปที่จะหลีกเลี่ยง
แม้แต่นักออกแบบที่มีประสบการณ์ก็ทำข้อผิดพลาดที่เกี่ยวข้องกับอิมพีแดนซ์ ดูข้อผิดพลาดเหล่านี้:
1. ไม่สนใจเครื่องบินอ้างอิง
ความล้มเหลวในการรวมระนาบพื้นดินที่เป็นของแข็งภายใต้ร่องรอยความเร็วสูงเป็นสาเหตุอันดับ #ของปัญหาความต้านทาน หากไม่มีระนาบอ้างอิงความต้านทานจะแตกต่างกันไป 20–50% ตามความยาวของการติดตาม

2. มองเห็นผ่านต้นขั้ว
Vias ผ่านหลุมสร้าง“ Stubs” (ส่วนที่ไม่ได้ใช้) ซึ่งทำหน้าที่เป็นเสาอากาศที่ความถี่สูง สำหรับสัญญาณ 10Gbps ต้นขั้ว 1 มม. ทำให้เกิดความต้านทานต่อความต้านทาน 15% ใช้การเจาะย้อนกลับเพื่อลบสตับหรือเปลี่ยนเป็น vias ตาบอด

3. การใช้ค่า DK วัสดุที่ไม่ถูกต้อง
การออกแบบด้วย DK (4.5) ของ FR4 (4.5) แต่ใช้แบตช์ที่มี DK = 4.8 เลื่อนอิมพีแดนซ์ประมาณ 5% ถามผู้ผลิตของคุณสำหรับค่า DK วัสดุจริง (แตกต่างกันไปตามแบทช์) และอัปเดตการคำนวณของคุณ

4. การกำหนดเส้นทางการติดตามที่ไม่ดี
โค้งงอ 90 °การเปลี่ยนแปลงความกว้างอย่างฉับพลันและการแยกการแยกในระนาบอ้างอิงทั้งหมดสร้างความผิดพลาดอิมพีแดนซ์ ใช้โค้งหรือโค้ง 45 °และรักษาความกว้างของการติดตามที่สอดคล้องกัน

ตัวอย่างโลกแห่งความเป็นจริง: แก้ไขปัญหาอิมพีแดนซ์ 5G PCB
ผู้ผลิตที่ผลิต PCBs เซลล์ขนาดเล็ก 28GHz ต้องเผชิญกับอัตราความล้มเหลว 30% เนื่องจากการสะท้อนสัญญาณ การทดสอบ TDR เปิดเผย:

A. impedance ถูกแทงจาก50Ωถึง65Ωที่ผ่านการเปลี่ยนผ่าน (ไม่ตรงกัน 15%)
B.Trace การแปรผันของความกว้าง (± 0.03 มม.) ทำให้เกิดการเลื่อนอิมพีแดนซ์±8Ω

วิธีแก้ปัญหา:

1. เพิ่มความแตกต่างจากพื้นดินรอบ ๆ สัญญาณ Vias เพื่อลดผลกระทบของต้นขั้วตัดไม่ตรงกันถึง 5%
2. ความคลาดเคลื่อนการแกะสลักอย่างเข้มงวดถึง± 0.01 มม. จำกัด การแปรผันของอิมพีแดนซ์เป็น±3Ω
3.Switched ไปยัง Rogers RO4350 (จาก FR4) เพื่อความเสถียร DK ที่ดีขึ้นลดความต้านทานต่ออุณหภูมิที่เกี่ยวข้องกับอุณหภูมิ 70%

ผลลัพธ์: ผลผลิตดีขึ้นเป็น 95%ประหยัด $ 150K ในการทำงานซ้ำสำหรับ 10K หน่วยและการประชุมมาตรฐานความสมบูรณ์ของสัญญาณ 3GPP 5G

ข้อควรพิจารณาขั้นสูงสำหรับการออกแบบความถี่สูง
เมื่อสัญญาณผลักดันให้ผ่าน 28GHz (เช่น 5G mmwave, การสื่อสารผ่านดาวเทียม), อิมพีแดนซ์ควบคุมกลายเป็นสิ่งสำคัญยิ่งขึ้น นี่คือวิธีจัดการกับความท้าทายที่ไม่เหมือนใคร:

1. เอฟเฟกต์ผิวหนังและทองแดงขรุขระ
ที่ความถี่สูงสัญญาณจะเดินทางไปตามพื้นผิวของร่องรอยทองแดง (เอฟเฟกต์ผิว) อิเล็กโทรไลติกทองแดง (RA 1–2μm) เพิ่มความต้านทานและขัดขวางความต้านทานในขณะที่ทองแดงรีดเรียบ (RA <0.5μm) ลดปัญหาเหล่านี้

คำแนะนำ: ใช้ทองแดงรีดสำหรับการออกแบบ 28GHz+ เพื่อรักษาเสถียรภาพความต้านทานและลดการสูญเสีย

2. ผลกระทบอุณหภูมิและความชื้น
ค่าคงที่ไดอิเล็กทริก (DK) เปลี่ยนไปตามอุณหภูมิและความชื้นการเปลี่ยนอิมพีแดนซ์:

DK ของ A.FR4 เพิ่มขึ้น 0.2–0.3 เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นจาก 25 ° C เป็น 125 ° C ลดความต้านทานลดลง 5-7%
B.Humidity (> 60% RH) เพิ่ม DK ของ FR4 โดย 0.1–0.2 ทำให้เกิดอิมพีแดนซ์ขนาดเล็ก แต่มีความสำคัญลดลง

บรรเทา:

A. ใช้วัสดุที่ทนความชื้นสูง (เช่น Rogers RO4835, TG = 280 ° C) สำหรับ PCB ยานยนต์/อุตสาหกรรม
B.Specify ขีด จำกัด สภาพแวดล้อมการทำงาน (เช่น -40 ° C ถึง 85 ° C, <60% RH) ในเอกสารการออกแบบ

3. ความต้านทานคู่ต่างกัน
คู่ที่แตกต่าง (เช่น100Ω Ethernet, USB4) ขึ้นอยู่กับความต้านทานที่สมดุลระหว่างสองร่องรอย คู่ที่ไม่ตรงกัน:

A. -Common-Mode Noise: สัญญาณที่ไม่สมดุลจะเปล่งประกาย EMI
B.Skew: ความแตกต่างของเวลาระหว่างคู่ข้อมูลที่เสียหาย

กฎการออกแบบ:

A.Maintain ความยาวการติดตามที่เท่ากัน (± 0.5 มม.) เพื่อลดความเบ้
B.Keep Pair ระยะห่างที่สอดคล้องกัน (ไม่มีการขยาย/แคบลงอย่างฉับพลัน)
C. ใช้ระนาบพื้นระหว่างคู่ต่างและสัญญาณอื่น ๆ เพื่อลด crosstalk

มาตรฐานอุตสาหกรรมและการปฏิบัติตามกฎระเบียบ
การยึดมั่นในมาตรฐานทำให้มั่นใจได้ว่าการควบคุมความต้านทานต่อผู้ผลิตและแอปพลิเคชันที่สอดคล้องกัน:

คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับอิมพีแดนซ์ที่ควบคุมใน PCBs ความเร็วสูง
Q1: ฉันสามารถบรรลุอิมพีแดนซ์ที่ควบคุมด้วย PCB 2 ชั้นได้หรือไม่?
ตอบ: ใช่ แต่มันท้าทาย PCB 2 ชั้นขาดเครื่องบินอ้างอิงภายในทำให้อิมพีแดนซ์มีความไวต่อความกว้างและระยะห่าง ใช้การกำหนดค่า microstrip (ติดตามบนชั้นนอกระนาบกราวด์บนชั้นอื่น ๆ ) และรักษาร่องรอยให้สั้น (<5 ซม. สำหรับ 10GHz+)

Q2: ฉันควรทดสอบความต้านทานในระหว่างการผลิตบ่อยแค่ไหน?
ตอบ: สำหรับการรันปริมาณสูงให้ทดสอบ 10% ของแผงโดยใช้คูปองทดสอบ สำหรับการออกแบบที่มีปริมาณต่ำความน่าเชื่อถือสูง (เช่นการแพทย์) ทดสอบบอร์ด 100% ด้วย TDR

Q3: ความแตกต่างระหว่างความต้านทานลักษณะและความต้านทานที่แตกต่างกันคืออะไร?
ตอบ: ความต้านทานลักษณะ (z₀) หมายถึงการติดตามเพียงครั้งเดียว (เช่น50Ω) อิมพีแดนซ์ที่แตกต่างกันวัดความต้านทานรวมของร่องรอยสองร่องรอย (เช่น100Ω) ซึ่งสำคัญสำหรับสัญญาณที่สมดุลเช่นอีเธอร์เน็ต

Q4: ฉันสามารถปรับความต้านทานหลังจากการผลิต PCB ได้หรือไม่?
ตอบ: ไม่-ความต้านทานถูกกำหนดโดยเรขาคณิตและวัสดุที่ติดตามซึ่งไม่สามารถเปลี่ยนแปลงหลังการผลิตได้ ปัญหาการแก้ไขต้องมีการออกแบบ PCB ใหม่

Q5: VIAS ส่งผลกระทบต่ออิมพีแดนซ์อย่างไร?
ตอบ: Vias ทำหน้าที่เป็นความต้านทานต่อความต้านทานเนื่องจากรูปร่างทรงกระบอก ใช้“ ผ่านการเย็บ” (Vias กราวด์รอบ ๆ สัญญาณ Vias) และลดความยาวของต้นขั้ว (<0.5 มม.) เพื่อลดการสะท้อนกลับ

บทสรุป
อิมพีแดนซ์ที่ควบคุมได้คือรากฐานที่สำคัญของการออกแบบ PCB ความเร็วสูงทำให้มั่นใจได้ว่าสัญญาณจะแพร่กระจายโดยไม่มีการสะท้อนความผิดพลาดเวลาหรือ EMI ด้วยการปรับสมดุลเรขาคณิตการติดตามการเลือกวัสดุและความคลาดเคลื่อนของการผลิตวิศวกรสามารถบรรลุเป้าหมาย50Ω, 75Ωหรือ100Ωที่สำคัญสำหรับ 5G, AI และระบบดิจิตอลความเร็วสูง

ประเด็นสำคัญคือชัดเจน:

A. เริ่มต้นด้วยการคำนวณที่แม่นยำโดยใช้เครื่องมือเช่น Altium หรือ Saturn PCB Toolkit
B.Collaborate กับผู้ผลิต แต่เนิ่นๆเพื่อตรวจสอบความถูกต้องของสแต็คและตัวเลือกวัสดุ
C. ทดสอบอย่างเข้มงวดกับ TDR และคูปองทดสอบเพื่อจับปัญหาก่อนการผลิต

ในขณะที่สัญญาณยังคงผลักดันไปยังความถี่ที่สูงขึ้น (60GHz+) ความต้านทานที่ควบคุมจะเติบโตขึ้นอย่างมีความสำคัญเท่านั้น ด้วยการเรียนรู้หลักการเหล่านี้คุณจะออกแบบ PCB ที่ให้ประสิทธิภาพที่เชื่อถือได้ในแอพพลิเคชั่นที่ต้องการมากที่สุด

โปรดจำไว้ว่า: ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ความเร็วสูงการควบคุมอิมพีแดนซ์ไม่ใช่ตัวเลือก-มันเป็นความแตกต่างระหว่างผลิตภัณฑ์ที่ใช้งานได้และสิ่งที่ล้มเหลว