Was ist Leiterbahnimpedanz?

Kupfer ist aufgrund seines niedrigen Widerstands, der nur von Silber übertroffen wird, das bevorzugte Material für Drähte und Leiterbahnen in Leiterplatten. Wenn ein Ohmmeter über eine Leiterbahn gehalten wird, ist der Gleichstromwiderstand vernachlässigbar. Dies ist jedoch nicht der Fall für die Wechselstromimpedanz. Die Impedanz ist frequenzabhängig, und alle Drähte und Leiterbahnen erzeugen einen gewissen Widerstand für den von jedem Treiber fließenden Strom. Obwohl die Leiterbahnimpedanz normalerweise nur bei schnellen Signalanstiegszeiten zum Problem wird, ist es wichtig, sich ihrer Existenz und ihrer potenziellen Auswirkungen bewusst zu sein. Aber warum ist die Leiterbahnimpedanz wichtig? Was sind ihre Ursachen und kann sie gesteuert werden? Wenn Sie den Begriff „kontrollierte Impedanz“ schon einmal gehört haben, wissen Sie vielleicht bereits, dass sich die Impedanz regulieren lässt. Um jedoch zu verstehen, wie und warum, ist es wichtig, ein grundlegendes Verständnis der Natur der Leiterbahnimpedanz zu haben.

Funktionsweise der Leiterbahnimpedanz

Jede Leiterbahn weist eine verteilte Serieninduktivität auf, die nahezu unsichtbar und umgekehrt proportional zur Querschnittsfläche der Leiterbahn ist. Mit zunehmenden Anstiegszeiten wird die resultierende Impedanz deutlicher. Zusätzlich weist jede Leiterbahn eine entlang der Leiterbahn und des Signalrückwegs verteilte Kapazität auf, die durch die Breite der Leiterbahn und die Dielektrizitätskonstante des Materials zwischen Signalrückweg und Leiterbahn bestimmt wird. Auch hier gilt: Wenn die Anstiegszeiten zunehmen, kann die resultierende Impedanz, die durch den Strom entsteht, der versucht, durch diese Kapazität zu fließen, erheblich sein. Ihre Treiber nehmen alle Leiterbahnen als verteilte LC-Schaltkreise wahr, und die Wechselstromimpedanz der Leiterbahn entsteht aus diesem verteilten LC-Schaltkreis. Dies wird als unkontrollierte Impedanz bezeichnet, da wir nicht versuchen, die Leiterbahnumgebung so zu gestalten, dass diese Impedanz berücksichtigt wird, und Induktivität und Kapazität entlang der Leiterbahn natürlich variieren lassen. Da die resultierende Impedanz den Betrieb in der Regel nicht beeinflusst, besteht keine Notwendigkeit, Zeit oder Geld in die Entwicklung von Methoden zu ihrer Regulierung zu investieren.

Kontrollierte Impedanz

Um eine Schaltung mit kontrollierter Impedanz zu entwerfen, müssen wir spezielle Formeln und Softwaretools verwenden, um die richtigen Werte für jedes dieser drei geometrischen Merkmale zu berechnen. Die Leiterbahnbreite und der Abstand zwischen dem Signalrückweg und der Signalleiterbahn lassen sich normalerweise am einfachsten anpassen, während der Dielektrizitätskoeffizient normalerweise durch das Leiterplattenmaterial festgelegt wird. Sobald wir die erforderlichen Werte berechnet haben, können wir sie auf das Schaltungsdesign anwenden und die Platine so herstellen, dass sie diese Spezifikationen erfüllt. Durch den Entwurf einer Schaltung mit kontrollierter Impedanz können wir Reflexionen minimieren und sicherstellen, dass unsere Signale reibungslos und effizient entlang der Leiterbahnen laufen, ohne dass es zu Verschlechterungen oder Verlusten der Signalqualität kommt. Zusammenfassend erfordert die Kontrolle der Impedanz in einer Schaltung eine sorgfältige Kontrolle der geometrischen Merkmale der Leiterbahnen, einschließlich Breite, Abstand und Dielektrizitätskoeffizient. Auf diese Weise können wir eine Schaltung erstellen, die über die gesamte Länge der Leiterbahn eine konstante Impedanz aufrechterhält, was zu verbesserter Signalqualität und Leistung führt.

So bestimmen Sie die Leiterbahnimpedanz einer Leiterplatte

Um eine kontrollierte Impedanz in Leiterplatten zu gewährleisten, ist eine genaue Impedanzmessung unerlässlich. Impedanzrechner für Leiterbahnen finden Sie online oder in CAD-Software. Sie berücksichtigen verschiedene impedanzbestimmende Parameter wie Leiterbahnbreite, Leiterbahndicke, Laminatdicke, Dielektrikumdicke und Kupfergewicht. Nach der Berechnung dieser Parameter kann die Leiterbahnbreite angepasst werden, um die gewünschte Impedanz zu erreichen. Um die Leistungsfähigkeit der Leiterplatte zu testen, empfiehlt es sich, Testcoupons zu verwenden, die auf demselben Nutzen und zur gleichen Zeit wie die eigentliche Leiterplatte hergestellt wurden. Die Leiterbahnen dieser Testcoupons sollten mit den Leiterbahnen auf der Leiterplatte identisch sein, um ein genaues Testergebnis zu erzielen. Für die Herstellung von Leiterplatten mit kontrollierter Impedanz ist eine genaue Impedanzmessung wichtig. Testcoupons werden an beiden Enden des Produktionsnutzens angebracht, sodass Prüfer die Impedanz messen können, ohne die Leiterplatte zu beschädigen. Die Impedanz kann mit einem Zeitbereichsreflektometer (TDR), einem Netzwerkanalysator oder einem Testsystem mit kontrollierter Impedanz gemessen werden. Ein Ingenieur mit Erfahrung im Umgang mit Testsystemen mit kontrollierter Impedanz gewährleistet qualitativ hochwertige Ergebnisse. Benötigen Sie weitere Informationen oder möchten Sie Leiterplatten mit kontrollierter Impedanz für Ihre Branche bestellen? Kontaktieren Sie Sprintpcb noch heute.