Ciò che ogni progettista di PCB deve sapere sull'impedenza di traccia con Eric Bogatin

La progettazione PCB inizia con un'operazione relativamente semplice: crei un contorno rettangolare, assegni le impronte di alcuni componenti, esegui alcune tracce e scarichi alcuni file Gerber da inviare alla fabbrica. Poi, man mano che diventi più esperto e inizi a provare circuiti più difficili, immergendoti in alimentatori a commutazione, digitali ad alta velocità e analogici a basso rumore, le cose diventano progressivamente più difficili; e non abbiamo ancora parlato di progettazione RF o microonde, dove le cose possono diventare semplicemente strane dal punto di vista dei non iniziati. [Robert Feranec] non è estraneo a tali questioni, e ha collaborato con uno dei maggiori esperti (e uno degli eroi personali dell'elettronica di questo scriba) in questioni di integrità del segnale, [Prof. Eric Bogatin] per un'analisi approfondita del come e del perché della progettazione a impedenza controllata.

Una parte interessante della discussione è: perché 50 Ω sono così diffusi? La risposta è innanzitutto storica. Negli anni '30, i cavi coassiali necessari per le applicazioni radio erano progettati per ridurre al minimo la perdita di trasmissione, utilizzando dimensioni ragionevoli e isolamento in polietilene, l'impedenza era di 50 Ω. In secondo luogo, quando si progettano tracce PCB a un costo ragionevole, è necessario un compromesso tra consumo energetico e immunità al rumore.

Come regola generale, l'abbassamento dell'impedenza aumenta l'immunità al rumore al costo di un maggiore consumo energetico, mentre un'impedenza più elevata va nella direzione opposta. È necessario bilanciare questo con le larghezze di traccia risultanti, la separazione e la densità di instradamento complessiva che è possibile tollerare.

Un'altra storia divertente è stata quando Intel stava progettando un bus ad alta velocità per interfacce grafiche, ha creato una simulazione di una tipica struttura del bus e ha parametrizzato le costanti fisiche, come la larghezza delle linee di traccia, lo spessore del dielettrico, le dimensioni dei via e così via, che erano praticabili. con fab house PCB a basso costo. Quindi, utilizzando una simulazione Monte Carlo per eseguire 400.000 simulazioni, hanno individuato il punto ottimale. Dato che il design del via compatibile con le regole di progettazione a basso costo risultava spesso in un'impedenza caratteristica del via che risultava piuttosto bassa, si consigliava di ridurre l'impedenza della traccia da 100 Ω a 85 Ω differenziale, piuttosto che provare a modificare la geometria del via per portarla fino a corrispondere alla traccia. Cose divertenti!

Lo ammettiamo, il video è dell'inizio dell'anno ed è molto lungo, ma per concetti di base così importanti nella progettazione digitale ad alta velocità, pensiamo che valga la pena dedicare il tuo tempo. Sicuramente abbiamo raccolto un paio di curiosità utili!

Ora che abbiamo inchiodato la struttura del PCB, perché tornare indietro e andare a controllare quei cavi?