Расчет волнового сопротивления в Altium Designer и взаимодействие с производителем печатных плат

Автор: Дмитрий Савин, инженер-конструктор 1-й категории АО "ИСС", выпускник ТУСУР 2012 года, занимается проектированием печатных плат бортовой электроники космических аппаратов.

Как рассчитать волновое сопротивление в Altium Designer и какие требования предъявлять к производителю плат.

В быстродействующих устройствах, для которых величина фронта сигнала составляет 1 нс и менее, требуется применение печатных плат с контролируемым импедансом для предотвращения искажений сигнала при его передаче по проводникам. Проводники такой печатной платы (одиночные или дифференциальные), для которых важен параметр импеданса, являются линиями передачи и сигналы должны проходить через них с минимальными потерями формы, амплитуды и скорости.

При проектировании платы разработчик должен учитывать множество нюансов, связанных с контролем импеданса, в том числе правильно выбрать структуру печатной платы и выбрать материалы с требуемыми свойствами. Необходимо определить в каких слоях будут располагаться проводники с контролем импеданса, а в каких слоях – опорные полигоны земли или питания.

Геометрические параметры печатных проводников высокоскоростных цепей должны быть рассчитаны в соответствии с выбранной структурой печатной платы (необходимо учесть свойства диэлектриков печатной платы, а в некоторых случаях свойства паяльной маски и шероховатость медных слоев).

Калькулятор импеданса Altium Designer поддерживает различные структуры линий передач, учитывает множество параметров конструкции платы, а также геометрию печатных проводников. Также калькулятор напрямую взаимодействует с библиотекой материалов. Чтобы получить доступ к калькулятору импеданса, необходимо открыть Layer Stack Manager. В нижней части открывшегося окна необходимо перейти во вкладку Impedance:

В правой части экрана появится кнопка, позволяющая создать новый профиль импеданса для текущего проекта печатной платы (Add impedance profile):

Для работы с калькулятором должна быть активна панель Properties. Подробнее о работе калькулятора можно узнать по ссылке.

Контроль импеданса на печатной плате не только усложняет процесс проектирования, но и предъявляет дополнительные требования к производителю. Квалифицированный производитель печатных плат должен запросить у разработчика печатной платы информацию о том, в каких слоях будут расположены линии передачи с контролируемым импедансом, а в каких будут расположены опорные полигоны.

Производитель может провести моделирование для подтверждения расчетов разработчика или внесения корректировки с учетом технологических нюансов (компенсации подтрава и допуска на металлизацию) из-за этого разработчику печатной платы рекомендуется закладывать 10% погрешность на целевое значение импеданса для реальной печатной платы.

Чрезвычайно важен правильный выбор материала - тип плетения стекловолокна, процент содержания смолы и ее текучесть, так как эти параметры напрямую влияют на диэлектрическую проницаемость, и определяют значение импеданса. При повторном изготовлении печатных плат очень важно использовать точно такие же материалы, как и при первом запуске, так как при замене материалов может потребоваться повторный расчет импеданса.

Качество изготовленных печатных плат с контролируемым импедансом необходимо подтверждать измерениями методом рефлектометрии, которые подтверждают, что значения волновых сопротивлений находятся в пределах допуска. Для этого на панели с платами размещаются специальные тестовые купоны, на которых выполняются печатные проводники заданной ширины в тех же слоях что и линии передач на платах.

Используя специальный прибор, производитель проверяет соответствие волновых сопротивлений на купоне для каждой панели, тем самым получая подтверждение тому, что печатные платы на этой панели выполнены со значением целевого импеданса в пределах допуска. Панели с некорректными значениями импеданса отбраковываются.

Вместе с изготовленными печатными платами предоставляется отчет о контроле импеданса (Impedance Test Report). Узнать нюансы производства печатных плат с контролируемым импедансом можно перейдя по ссылке на сайт производителя печатных плат Rezonit.

Мы всегда рады сотрудничеству с новыми авторами. Если у вас есть уникальная экспертиза или просто качественный материал, полезный инженерам-разработчикам электроники, мы с удовольствием поделимся им на страницах раздела Авторские статьи. Присылайте свои статьи на почту articles@rezonit.ru