पीसीबी प्रतिबाधा नियंत्रण

जैसापीसीबी सिग्नल स्विचिंग गति में वृद्धि जारी है, आज के पीसीबी डिजाइनरों को पीसीबी निशानों की प्रतिबाधा को समझने और नियंत्रित करने की आवश्यकता है। आधुनिक डिजिटल सर्किट के कम सिग्नलिंग समय और उच्च क्लॉक दरों के साथ, पीसीबी ट्रेस अब सरल कनेक्शन नहीं हैं, बल्कि ट्रांसमिशन लाइनें हैं।

व्यवहार में, 1ns से अधिक डिजिटल सीमांत गति या 300Mhz से अधिक एनालॉग आवृत्तियों पर ट्रेस प्रतिबाधा को नियंत्रित करना आवश्यक है। पीसीबी ट्रेस के प्रमुख मापदंडों में से एक उनकी विशेषता प्रतिबाधा है (यानी, सिग्नल ट्रांसमिशन लाइन के साथ यात्रा करते समय तरंग के वर्तमान में वोल्टेज का अनुपात)। मुद्रित सर्किट बोर्ड कंडक्टर की विशेषता प्रतिबाधा, विशेष रूप से सर्किट बोर्ड डिजाइन का एक महत्वपूर्ण संकेतक हैपीसीबी डिज़ाइनउच्च-आवृत्ति सर्किट के लिए, यह माना जाना चाहिए कि कंडक्टर की विशेषता प्रतिबाधा और डिवाइस या सिग्नल की विशेषता प्रतिबाधा के लिए आवश्यक है, चाहे वे मेल खाते हों या नहीं। इसमें दो अवधारणाएँ शामिल हैं: प्रतिबाधा नियंत्रण और प्रतिबाधा मिलान, यह लेख प्रतिबाधा नियंत्रण और स्टैकिंग डिज़ाइन मुद्दों पर केंद्रित है।

प्रतिबाधा नियंत्रण, सर्किट बोर्ड में कंडक्टर के पास विभिन्न प्रकार के सिग्नल ट्रांसमिशन होंगे, ताकि इसकी ट्रांसमिशन दर में सुधार हो और इसकी आवृत्ति में सुधार हो, लाइन ही, यदि नक़्क़ाशी के कारण, टुकड़े टुकड़े की परत की मोटाई, कंडक्टर की चौड़ाई और अन्य विभिन्न कारकों के परिणामस्वरूप परिवर्तन के योग्य प्रतिबाधा उत्पन्न होगी, जिससे इसका संकेत विरूपण होगा। इसलिए, हाई-स्पीड सर्किट बोर्ड में कंडक्टर, इसके प्रतिबाधा मूल्य को एक निश्चित सीमा के भीतर नियंत्रित किया जाना चाहिए, जिसे "प्रतिबाधा नियंत्रण" कहा जाता है।

पीसीबी ट्रेस की प्रतिबाधा उसके आगमनात्मक और कैपेसिटिव इंडक्शन, प्रतिरोध और चालकता द्वारा निर्धारित की जाएगी। पीसीबी ट्रेस की प्रतिबाधा को प्रभावित करने वाले कारक हैं: तांबे के तार की चौड़ाई, तांबे के तार की मोटाई, ढांकता हुआ का ढांकता हुआ स्थिरांक, ढांकता हुआ की मोटाई, पैड की मोटाई, जमीन के तार का पथ, ट्रेस के चारों ओर निशान, आदि। पीसीबी प्रतिबाधा 25 से 120 ओम तक होता है।

व्यवहार में, 1ns से अधिक डिजिटल सीमांत गति या 300Mhz से अधिक एनालॉग आवृत्तियों पर ट्रेस प्रतिबाधा को नियंत्रित करना आवश्यक है। पीसीबी ट्रेस के प्रमुख मापदंडों में से एक उनकी विशेषता प्रतिबाधा है (यानी, सिग्नल ट्रांसमिशन लाइन के साथ यात्रा करते समय तरंग के वर्तमान में वोल्टेज का अनुपात)। मुद्रित सर्किट बोर्ड कंडक्टर की विशेषता प्रतिबाधा सर्किट बोर्ड डिजाइन का एक महत्वपूर्ण संकेतक है, विशेष रूप से उच्च-आवृत्ति सर्किट के पीसीबी डिजाइन में, यह माना जाना चाहिए कि कंडक्टर और डिवाइस या सिग्नल की विशेषता प्रतिबाधा द्वारा आवश्यक विशेषता प्रतिबाधा उसी का, चाहे मेल हो या न हो। इसमें दो अवधारणाएँ शामिल हैं: प्रतिबाधा नियंत्रण और प्रतिबाधा मिलान, यह लेख प्रतिबाधा नियंत्रण और स्टैकिंग डिज़ाइन मुद्दों पर केंद्रित है।

प्रतिबाधा नियंत्रण, सर्किट बोर्ड में कंडक्टर के पास विभिन्न प्रकार के सिग्नल ट्रांसमिशन होंगे, ताकि इसकी ट्रांसमिशन दर में सुधार हो और इसकी आवृत्ति में सुधार हो, लाइन ही, यदि नक़्क़ाशी के कारण, टुकड़े टुकड़े की परत की मोटाई, कंडक्टर की चौड़ाई और अन्य विभिन्न कारकों के परिणामस्वरूप परिवर्तन के योग्य प्रतिबाधा उत्पन्न होगी, जिससे इसका संकेत विरूपण होगा। इसलिए, हाई-स्पीड सर्किट बोर्ड में कंडक्टर, इसके प्रतिबाधा मूल्य को एक निश्चित सीमा के भीतर नियंत्रित किया जाना चाहिए, जिसे "प्रतिबाधा नियंत्रण" कहा जाता है।

पीसीबी ट्रेस की प्रतिबाधा उसके आगमनात्मक और कैपेसिटिव इंडक्शन, प्रतिरोध और चालकता द्वारा निर्धारित की जाएगी। पीसीबी ट्रेस की प्रतिबाधा को प्रभावित करने वाले कारक हैं: तांबे के तार की चौड़ाई, तांबे के तार की मोटाई, ढांकता हुआ का ढांकता हुआ स्थिरांक, ढांकता हुआ की मोटाई, पैड की मोटाई, जमीन के तार का पथ, ट्रेस के चारों ओर निशान, आदि। पीसीबी प्रतिबाधा 25 से 120 ओम तक होता है। व्यवहार में, एक पीसीबी ट्रांसमिशन लाइन में आमतौर पर एक वायर ट्रेस, एक या अधिक संदर्भ परतें और इन्सुलेट सामग्री होती है। ट्रेस और परतें नियंत्रण प्रतिबाधा बनाती हैं। पीसीबी अक्सर बहुस्तरीय होंगे और नियंत्रण प्रतिबाधा का निर्माण विभिन्न तरीकों से किया जा सकता है। हालाँकि, जो भी विधि का उपयोग किया जाता है, प्रतिबाधा का मूल्य इसकी भौतिक संरचना और इन्सुलेट सामग्री के इलेक्ट्रॉनिक गुणों द्वारा निर्धारित किया जाएगा:

       सिग्नल ट्रेस की चौड़ाई और मोटाई;

       ट्रेस के दोनों ओर कोर या पहले से भरी हुई सामग्री की ऊंचाई;

       The configuration of the traces and the board layers;

       कोर और पहले से भरी हुई सामग्री के इन्सुलेट स्थिरांक।

       पीसीबी ट्रांसमिशन लाइनों के दो मुख्य रूप हैं: माइक्रोस्ट्रिप और स्ट्रिपलाइन।

       माइक्रोस्ट्रिप:

       माइक्रोस्ट्रिप एक रिबन तार है, जिसका अर्थ केवल एक तरफ एक संदर्भ विमान के साथ एक ट्रांसमिशन लाइन है, जिसमें शीर्ष और किनारे हवा (या लेपित) के संपर्क में हैं, इन्सुलेटिंग स्थिरांक एर बोर्ड की सतह के ऊपर, पावर या ग्राउंड प्लेन को संदर्भित किया जाता है।

       नोट: वास्तविक रूप मेंपीसीबी विनिर्माण, बोर्ड निर्माता आमतौर पर पीसीबी की सतह को हरे तेल की एक परत के साथ कोट करता है, इसलिए वास्तविक प्रतिबाधा गणना में, नीचे दिखाया गया मॉडल आमतौर पर सतह माइक्रोस्ट्रिप लाइनों के लिए उपयोग किया जाता है:

       स्ट्रिपलाइन:

       स्ट्रिपलाइन दो संदर्भ विमानों के बीच रखी तार की एक पट्टी है, जैसा कि नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है, और H1 और H2 द्वारा दर्शाए गए डाइलेक्ट्रिक्स के ढांकता हुआ स्थिरांक भिन्न हो सकते हैं।

       उपरोक्त दो उदाहरण केवल माइक्रोस्ट्रिप लाइनों और स्ट्रिपलाइनों का एक विशिष्ट प्रदर्शन हैं, कई अलग-अलग प्रकार की विशिष्ट माइक्रोस्ट्रिप लाइनें और स्ट्रिपलाइन हैं, जैसे लेमिनेटेड माइक्रोस्ट्रिप लाइनें, आदि, जो सभी विशिष्ट पीसीबी की स्टैकिंग संरचना से संबंधित हैं।

       विशेषता प्रतिबाधा की गणना करने के लिए उपयोग किए जाने वाले समीकरणों के लिए जटिल गणितीय गणनाओं की आवश्यकता होती है, अक्सर सीमा तत्व विश्लेषण सहित क्षेत्र समाधान विधियों का उपयोग किया जाता है, इसलिए विशेष प्रतिबाधा गणना सॉफ्टवेयर SI9000 का उपयोग करके, हमें केवल विशेषता प्रतिबाधा के मापदंडों को नियंत्रित करने की आवश्यकता है:

       इन्सुलेशन परत एर का ढांकता हुआ स्थिरांक, संरेखण W1, W2 (ट्रेपेज़ॉइडल) की चौड़ाई, संरेखण T की मोटाई और इन्सुलेशन परत H की मोटाई।