Hoe maak ik sporen met karakteristieke impedantie op mijn printplaat?

Het enthousiasme voor de Vraag-Maar-Raak-Vrijdag lijkt een beetje in te zakken, vandaar dat er alweer een paar weken niets te melden viel op vrijdag. Bij deze roep ik iedereen nog eens op om vragen rond de ontwikkeling van elektronica te stellen.

Ik kreeg deze week de volgende vraag: “Hoe maak ik sporen met karakteristieke impedanties op mijn printplaat?”

Sporen met karakteristieke impedanties zijn er in grofweg 4 smaken, te weten:

·        een enkele geleider boven een massavlak (“microstrip”)

·        een enkele geleider tussen twee massavlakken (“stripline”)

·        twee geleiders boven een massavlak (“differential microstrip”)

·        twee geleiders tussen twee massavlakken (“differential stripline”)

Voor elke configuratie zijn er formules en calculators te vinden, die het rekenwerk voor je doen. De calculators zijn er als simpele websites waar je de gegevens invoert, tot en met high-end field solver software die alle omgevingsparameters meenemen in de berekeningen. Een praktische calculator met genoeg mogelijkheden vind ik de PCB Toolkit van Saturn PCB.

De impedantie van een enkel spoor ten opzichte van een massavlak wordt bepaald door:

·        de breedte van het spoor (hoe breder, hoe lager de impedantie)

·        de afstand tussen het spoor en het massavlak (hoe dichterbij, hoe lager de impedantie)

·        de relatieve diëlectrische constante εr van het PCB-materiaal (hoe hoger de εr, hoe lager de impedantie)

·        in mindere mate de dikte van de koperlagen (hoe dikker de koperlagen, hoe lager de impedantie)

Differentiële geleiders kun je opvatten als twee enkele sporen die een lagere impedantie ten opzichte van elkaar krijgen naarmate je ze dichter bij elkaar plaatst. Waar je voor enkele sporen op één oplossing uitkomt, kun je met differentiële sporen nog spelen met de breedte en de afstand van de twee sporen.

Hier zijn nog wat tips:

·        Zorg dat je weet volgens welke layer stack up en met welke materialen je PCB-fabrikant   

         de PCB gaat maken. Dit zijn belangrijke parameters voor sporen met karakteristieke  

         impedantie.

·        FR-4 heeft een niet heel constante εr bij alle frequenties, zoek dus de εr op die bij de

         frequentie hoort die je gaat toepassen.

·        Kies een PCB-materiaal dat geschikt is voor RF als je met hoge frequenties (> 1 GHz),

         veel vermogen (> 1 Watt) en lange afstanden (> 10 cm) over de PCB moet gaan.

·        Maak de sporen niet te dun. Variaties in het etsproces kunnen de breedte van het spoor

         en dus de impedantie dan snel beïnvloeden. Ik kies zelf voor minimaal 200 µm breedte.

·        Hou rond de sporen met karakteristieke impedantie wat ruimte vrij om interactie met   

         naastgelegen sporen te verminderen. Een vuistregel is 5…7 maal de breedte van je

         spoor.

·        Leg geen hoeken scherper dan 45° in de sporen met karakteristieke impedantie.

Om je ook wat praktische voorbeelden te geven staan hier wat spoorbreedtes op de buitenlagen van de PCB voor de standaard 4-laags FR-4 PCB’s van Eurocircuits:

·        Z0 = 50 Ohm (antennes, kabels): 650 µm spoorbreedte

·      Z0 = 75 Ohm (antennes, kabels): 280 µm spoorbreedte

·      ZDIFF = 90 Ohm (USB): 500 µm spoorbreedte met een tussenruimte van 300 µm of 400

       µm spoorbreedte met een tussenruimte van 150 µm

·      ZDIFF = 100 Ohm (LVDS): 350 µm spoorbreedte met een tussenruimte van 200 µm of

       300 µm spoorbreedte met een tussenruimte van 150 µm

Dit onderwerp is natuurlijk veel te ingewikkeld om in één artikel te bespreken. Ik heb geprobeerd om wat basiskennis en een paar voorbeelden te geven. Als u meer wilt weten, stuur me dan gerust een e-mail of bel me.

Facebook
Google+
Twitter
LinkedIn