Печатные платы (ПП) широко применяются в электронных устройствах. Именно они являются основным узлом, обеспечивающим связь между различными компонентами и сигнальными линиями. При проектировании ПП необходимо учитывать такой важный параметр, как волновое сопротивление линий передач (ЛП), как одиночных, так и дифференциальных.
Волновое сопротивление ЛП во многом определяет, как сигналы будут распространяться по ПП. Несоответствие волнового сопротивления может привести к помехам, потере сигнала и нестабильной работе всего устройства. Поэтому важно правильно рассчитывать волновое сопротивление ЛП [1].
Читать далее: Сравнение результатов расчетов волнового сопротивления линий передач на печатных платахНа рынке существует несколько систем автоматизированного проектирования (САПР), позволяющих рассчитывать волновое сопротивление ЛП на печатных платах. Все эти системы являются импортными.
В настоящее время компания “ЭРЕМЕКС” разрабатывает калькулятор для расчета импеданса как одиночных ЛП, так и дифференциальных. Программа находится на финальной стадии разработки и скоро будет представлена российским специалистам в области проектирования электроники. Современный инженер достаточно консервативный и тяжело меняет выбранные когда-то подходы и инструменты для проектирования. Только объективные доводы, новые возможности, современный и проверенный математический аппарат и высокое качество реализации могут убедить специалиста сменить программное средство.
Данная статья направлена на то, чтобы показать специалистам возможности и точность работы калькулятора от компании “ЭРЕМЕКС”. Точность будет оцениваться путем сравнения значений импеданса, полученных с помощью калькулятора и в других подобных инструментах, а также с реальными измерениями волнового сопротивления ЛП на тестовой плате.
Исследование выполним, как для одиночных ЛП, так и для дифференциальных, структуры которых наиболее часто используются инженерами. Расчеты произведем калькуляторами, встроенными в следующие САПР: Altium Designer (Altium), Xpedition PCB (Siemens), Si9000 (Polar) [2]. Так же, как отмечалось выше, для большей убедительности, сравним теоретические расчеты с реальными значениями волнового сопротивления на ПП. Для этого были изготовлены тестовые купоны ЛП на заводе Резонит и измерены методом динамической рефлектометрии (Time Domain Reflectometry, TDR) по стандарту IPC-2141A [3].
ЛП в виде тестовых купонов рассчитывались на основе стандартного стека 6 слойной платы, толщиной 1 мм, и была изготовлена на заводеа Резонит с материалом FR4 (TG150) (Рис.1,2) [4].
После изготовления ПП был получен отчет от завода изготовителя в котором отображены результаты измерения волнового сопротивление для каждой ЛП (Рис.3). В отчете подсчитаны все линии кроме копланарных ЛП без опорного слоя в соседних слоях.
На следующем шаге все результаты исследований были сведены в единую таблицу 1. Метка “X” значит, что данная ЛП не может быть посчитана в выбранной САПР или с помощью выбранного метода.
На рисунке 4 представлен сводный график результатов расчетов для волнового сопротивления.
Из представленного выше видно, что результаты вычислений в разработанном компанией “ЭРЕМЕКС” калькуляторе не уступает другим САПР. Минимальное отклонение не окажет значительного влияние на качество сигнала. Если сравнивать с результатами измерений в натуральном эксперименте, то тут следует отметить, что отклонение больше, но не выходит за установленные границы в 10 процентов. Значение импеданса на реальной плате во многом зависит от технологических возможностей производства и качества материалов. Изготовление данной тестовой платы на другом заводе (даже с использованием другой партии материалов для производства) приведет к получению иных значений волнового сопротивления.
Таким образом, калькулятор импеданса от компании “ЭРЕМЕКС” обеспечивает высокую точность расчетов и может стать надежным и качественным аналогом импортного производства.
Список литературы
- Печатные платы и узлы гигабитной электроники / Л.Н. Кечиев. – М.: Грифон, 2017. – 13 с.
- https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_EDA_companies
- IPC-2141A Design Guide for High-Speed Controlled Impedance Circuit Boards.
- https://www.rezonit.ru/
_____________________________________________________________________________________________________________
Авторы:
- В.С. Кухарук, компания “ЭРЕМЕКС”
- Д.С. Коломенский, Центр технологий материалов, Сколковский институт науки и технологий
- В.А. Ухин, компания “ЭРЕМЕКС”
- О.В. Смирнова, компания “ЭРЕМЕКС”