La demande croissante d'électronique avancée entraîne des innovations en matière de capacités et de performances des circuits imprimés.. Les concepteurs de circuits travaillent désormais régulièrement avec des vitesses de signal plus rapides. Signaux à grande vitesse, une fois un défi occasionnel, deviennent la norme dans les configurations de circuits imprimés. La transmission parfaite des signaux à grande vitesse nécessite que les concepteurs comprennent les meilleures pratiques en matière de routage des traces sur les cartes.. Les traces ne peuvent plus être acheminées sur la seule base de l’esthétique ou du coût. La priorité est désormais de créer des chemins de trace optimaux pour garantir l'intégrité du signal et minimiser les problèmes de performances.. Pour y parvenir, les concepteurs doivent saisir la connaissance de la ligne de transmission PCB. Dans ce blog, nous présenterons les types de lignes de transmission utilisées, discuter de leur importance, et fournir des méthodes de mise en page préférées.
Qu'est-ce que la ligne de transmission de PCB?
Une ligne de transmission de carte de circuit imprimé transporte les signaux entre les émetteurs et les récepteurs sur une carte de circuit imprimé. Il est composé de deux conducteurs – une trace de signal et un chemin de retour, généralement un plan de masse. Les conducteurs sont séparés par une couche diélectrique. Les courants alternatifs à haute fréquence présentent une propagation d'ondes sur les lignes de transmission. Une propriété clé est qu’en chaque point de sa longueur, la ligne a une impédance. en outre, si les dimensions des lignes ne varient pas, cette impédance reste uniforme. Une telle trace est appelée ligne de transmission à impédance contrôlée.. Des impédances non uniformes entraînent des réflexions et des distorsions du signal. Ainsi pour les hautes fréquences, le contrôle de l'impédance de la trace prédit le comportement du signal.
Types de lignes de transmission de PCB
Lors de la conception de circuits imprimés, les ingénieurs ont trois options principales à considérer pour transmettre des signaux à tous les niveaux:
- Microruban PCB
La ligne de transmission microruban est constituée d'une seule trace conductrice agissant comme support de signal, acheminé sur un plan de sol de référence. Ce plan de référence, généralement situé sur l'une des couches externes du Empilement de PCB, fournit le chemin de retour directement sous la trace du signal. Les microrubans s'étendent le plus souvent le long des couches extérieures en raison de leur facilité d'accès., toutefois, il est également possible d'incorporer ces traces dans les couches internes du panneau. Le plan de référence d'un microruban interne est toujours situé sur une couche externe adjacente. Les microrubans permettent un routage simple pour les signaux asymétriques, conceptions à haute densité de traces, et adéquation aux composants montés en surface.
- Ligne de bande PCB
Les lignes de transmission Stripline impliquent d'enfermer une trace conductrice acheminée entre deux plans de masse de référence, contenu dans les couches diélectriques de la carte. Cette configuration fournit des chemins de courant de retour au-dessus et en dessous du support de signal. Le blindage supplémentaire sur deux plans confère aux lignes ruban une immunité naturelle aux interférences électromagnétiques par rapport aux lignes microruban.. Les striplines présentent une excellente polyvalence – les traces peuvent être positionnées plus près d'un plan de référence ou d'un autre pour ajuster les performances, et plusieurs traces peuvent être acheminées en parallèle entre les plans. Les plans de référence plus grands favorisent également une qualité de transmission du signal supérieure. Les striplines ont une fabrication plus complexe que les microrubans, mais permet un excellent signal à grande vitesse.
- Lignes de transmission coplanaires
La ligne de transmission coplanaire place la trace du signal et les chemins de retour sur la même couche PCB. Il se compose d'une trace de signal centrale flanquée de deux plans de masse plus larges., avec des espaces d'espacement séparant les conducteurs. Tous les éléments coplanaires passent sur le matériau diélectrique de la carte. Contrôle précis des écarts entre trace, plans de masse, et les largeurs des plans est impératif de atteindre les impédances cibles. Les lignes coplanaires sont moins utilisées que les microrubans ou les striplines, mais offre certains avantages comme un réglage plus facile de l'impédance et ne nécessite pas de perçage de vias. Leur exposition facilite également le sondage des mesures. Mais les coplanaires sont soumis à des tolérances de fabrication plus strictes et restent sujets aux interférences électromagnétiques sans plans de blindage..
L'importance des lignes de transmission dans les PCB
Alors que les appareils et circuits électroniques poussent vers des vitesses de commutation plus rapides et des fréquences plus élevées, la prise en compte des effets des lignes de transmission dans les configurations de PCB devient critique. Aux fréquences micro-ondes atteignant des gammes de gigahertz, les traces ne peuvent plus être traitées simplement comme des connexions entre des points. Plutôt, les lois de propagation électrique dictent que les signaux se refléteront et sonneront en fonction de l'impédance de la géométrie de la trace. Le fait de ne pas contrôler ces effets entraîne une distorsion des signaux, interférence électromagnétique, et fonctionnement du circuit peu fiable. En mettant en œuvre correctement des lignes de transmission (avec des dimensions et des espacements contrôlés pour atteindre les impédances caractéristiques cibles), les concepteurs de PCB peuvent parfaitement transférer les signaux de la source à la charge.. Expertise en lignes de transmission, que ce soit microruban, stripline, ou constructions coplanaires, aide à prévenir la dégradation du signal tout en permettant des technologies de pointe. Avec les tendances actuelles de miniaturisation et de fréquences en constante augmentation, une compréhension des lignes de transmission de PCB constitue une compétence fondamentale pour la conception de circuits à grande vitesse, cartes de circuits imprimés haute fréquence.
Conseils lors de la conception d'une ligne de transmission
Le contrôle de l'impédance caractéristique sur toute la longueur de la trace est primordial pour les lignes de transmission. Ne pas le faire entraîne des réflexions de signal perturbatrices à hautes fréquences, corruption de la transmission des données. En adaptant les largeurs de ligne pour atteindre les impédances cibles, les concepteurs créent des interconnexions de précision. Calculateurs en ligne, Outils de CAO avec calculatrices intégrées, ou demander conseil aux fabricants de PCB simplifie l'atteinte d'objectifs d'impédance précis, quelles normes aiment IPC-2581 faciliter également.
Avec des traces à impédance contrôlée établies, des pratiques de conception supplémentaires optimisent les mises en page:
Évitez les zones encombrées – Prévenez les discontinuités d'impédance en acheminant les lignes loin des espaces restreints. Les divisions ou ruptures de traces perturbent le chemin du courant de retour.
Utiliser un calque – Minimisez les transitions verticales en utilisant principalement une seule couche pour faciliter le contrôle de l'impédance et l'accès au plan de référence..
Ajouter des vias – Si le transfert entre les couches est inévitable, placer des vias le long des traces comme références au sol en maintenant le chemin de retour.
Gardez les paires ensemble – Acheminez les paires différentielles ensemble sur le même chemin pour faire correspondre les longueurs de ligne, éviter les obstacles comme les vias qui peuvent fausser les signaux.
En substance, les lignes de transmission à impédance contrôlée nécessitent une planification et un agencement méticuleux pour fournir des signaux impeccables à hautes fréquences. Une myriade de ressources existent pour concevoir avec précision des géométries de trace et des espacements pour les impédances cibles avant le routage. Après calcul, il faut veiller à mettre en œuvre les lignes avec cohérence et continuité. Avec les vitesses de signal actuelles entrant dans les gammes de micro-ondes, l'expertise utilisant les principes des lignes de transmission à impédance adaptée constitue un ensemble de compétences inestimables en matière de conception de circuits imprimés. La maîtrise des traces à impédance contrôlée et l'atténuation des discontinuités permettent d'acheminer de manière fiable les signaux haute fréquence.
Emballer
En conclusion, la compréhension des principes fondamentaux des lignes de transmission donne aux concepteurs de circuits imprimés les moyens d'agir. Le contrôle de l'impédance sur toute la longueur des traces est primordial; les discontinuités perturbent l'intégrité du signal. En calculant les dimensions physiques des impédances cibles, des interconnexions uniformes transmettent de manière fiable des données à haut débit.
S'il vous plaît tendre la main avec des questions en suspens sur ce sujet crucial de configuration des PCB. Qu'il s'agisse de calculs d'impédance, configurations de lignes de transmission, méthodes de routage, ou des problèmes d’intégrité du signal, nous soutenons avec impatience votre recherche d’expertise.
