Wie man ein PCB-Impedanzberechnungsmodell durchführt

Verwendung eines Smith-Diagramms

Das Smith-Diagramm ist ein nützliches Werkzeug, wenn Sie die Impedanz eines Stromkreises bestimmen möchten. Es ist eine visuelle Darstellung des komplexen Widerstands in Abhängigkeit von der Frequenz einer elektrischen Schaltung. Es zeigt auch den Ort der Impedanz in Abhängigkeit von der Frequenz, was für die Stabilitätsanalyse und die Vermeidung von Schwingungen notwendig ist. Viele PCs sind in der Lage, Impedanzwerte numerisch anzuzeigen, aber das Smith-Diagramm hilft Ihnen, die Möglichkeiten zu visualisieren.

Das Smith-Diagramm kann verwendet werden, um den Signalpfad zwischen den Kontaktpads einer Leiterplatte und einem elektronischen Gerät zu bewerten. Dieses Gerät kann ein IC, ein Transistor oder ein passives Bauteil sein. Es kann auch interne Schaltungen enthalten. Mit Hilfe dieses Diagramms können Sie die Impedanz einer Leiterplatte bestimmen und sie zum Entwurf einer elektrischen Schaltung verwenden.

Das Smith-Diagramm kann verwendet werden, um die verschiedenen Arten von Impedanzmodellen zu identifizieren, die beim Leiterplattenentwurf auftreten. Es hat drei Formen: begrenzt, unbegrenzt und invertiert. Ein Punkt in der Mitte eines Smith-Diagramms steht für ein nicht begrenztes Impedanzmodell, während ein Punkt auf dem äußeren Kreis ein invertiertes Impedanzmodell darstellt.

Durch die Verwendung eines Smith-Diagramms zur Impedanzberechnung können Sie die Impedanzen von Quelle und Ziel leicht anpassen. Anschließend können Sie die Größe des Anpassungsnetzwerks berechnen. Die Größe des Anpassungsnetzwerks hängt von der erforderlichen Verschiebung zwischen der Quell- und der Zielimpedanz ab. Darüber hinaus verschieben die seriellen und parallelen L- und C-Werte einen Punkt entlang der konstanten Widerstands- und Reaktanzkurven. Wenn der Widerstand sinkt, können Sie weitere R-Werte am Ende der Leitung hinzufügen.

Verwendung eines 3D-Feldlösers

Die PCB-Impedanzberechnung ist ein notwendiger Schritt während des PCB-Designprozesses. Sie beinhaltet die Berechnung der Impedanz von Übertragungsleitungen oder Leiterbahnen auf der Leiterplatte auf der Grundlage der Designkonfiguration. Wenn die Leiterplatte komplex ist oder mehrere Lagen enthält, kann die Verwendung eines 3D-Feldlösers die genaueste Impedanzberechnung liefern.

Bei Impedanzberechnungsmodellen wird in der Regel davon ausgegangen, dass der Querschnitt rechteckig ist und dass der Strom perfekt zurückgeführt wird. Reale Querschnitte können jedoch polygonal sein und sogar Lücken in der Bezugsschicht kreuzen. Dies kann zu erheblichen Verzerrungen der Signale führen, insbesondere bei Hochgeschwindigkeitsnetzen.

Der Solver unterstützt zwei Arten von Anschlüssen: Wave Ports und Lumped Ports. In beiden Fällen müssen Sie explizit festlegen, welche Art von Port Sie verwenden möchten. Sie können entweder eine Ebene für den Wellenanschluss mithilfe der Geometrie angeben oder ihn manuell definieren, indem Sie den Typ Wave Custom Size verwenden.

Die meisten 3D-Feldlöser erzeugen S-Parameter-Verhaltensmodelle. Diese Modelle sind eine vereinfachte schematische Darstellung des tatsächlichen Geräts. Als solche erfordern sie viele Iterationen. Sie können zum Beispiel eine Simulation mit vielen Schaltkreismodellen erstellen und deren Ergebnisse vergleichen.

PCB-Impedanzberechnungen sind für das PCB-Design unerlässlich. Es ist wichtig, die geregelte Impedanz Ihrer Leiterplatte zu modellieren, damit Sie Impedanzfehlanpassungen vermeiden können. Darüber hinaus ist es wichtig, eng mit Ihrem Leiterplattenhersteller zusammenzuarbeiten. Möglicherweise verfügt Ihr Leiterplattenhersteller über eine spezielle CAM-Abteilung, die geeignete Hinweise zur Lösung von Fragen des Impedanzdesigns geben kann. Es ist jedoch wichtig, die Kontrolle über Impedanzfragen nicht vollständig an eine externe Partei abzugeben.