Ce que tout concepteur de PCB doit savoir sur l’impédance des pistes avec Eric Bogatin

La conception de PCB commence par être une affaire relativement facile – vous créez un contour rectangulaire, attribuez des empreintes de composants, exécutez des traces et videz certains fichiers Gerber à envoyer à l’usine. Ensuite, à mesure que vous gagnez en expérience et que vous commencez à essayer des circuits plus difficiles, en plongeant dans les alimentations à découpage, le numérique à haute vitesse et l’analogique à faible bruit, les choses deviennent de plus en plus difficiles ; et nous n’avons même pas encore parlé de la conception RF ou micro-ondes, où les choses peuvent devenir tout simplement bizarres du point de vue non initié. [Robert Feranec] n’est pas étranger à ces questions, et il s’est associé à l’un des principaux experts (et l’un des héros personnels de l’électronique de ce scribe) en matière d’intégrité du signal, [Prof. Eric Bogatin] pour une plongée profonde dans le comment et le pourquoi de la conception à impédance contrôlée.

Conception de câble RG58. Ceux-ci se trouvent généralement dans des variantes de 50 Ω et moins fréquemment de nos jours de 75 Ω

Une partie intéressante de la discussion est pourquoi 50 Ω est-il si répandu ? La réponse est d’abord historique. Dans les années 1930, les câbles coaxiaux nécessaires aux applications radio étaient conçus pour minimiser les pertes de transmission, en utilisant des dimensions raisonnables et une isolation en polyéthylène, l’impédance était de 50 Ω. Deuxièmement, lors de la conception de pistes de PCB pour une usine à coût raisonnable, il existe un compromis entre la consommation d’énergie et l’immunité au bruit.

En règle générale, l’abaissement de l’impédance augmente l’immunité au bruit au prix d’une plus grande consommation d’énergie, et une impédance plus élevée va dans l’autre sens. Vous devez équilibrer cela avec les largeurs de trace résultantes, la séparation et la densité de routage globale que vous pouvez tolérer.

Une autre histoire amusante était quand Intel concevait un bus à grande vitesse pour les interfaces graphiques, et créait une simulation d’une structure de bus typique et paramétrait les constantes physiques, telles que les largeurs de ligne de trace, l’épaisseur diélectrique, les tailles de via, etc., qui étaient viables avec des maisons de fabrication de PCB à faible coût. Ensuite, en utilisant une simulation de Monte Carlo pour exécuter 400 000 simulations, ils ont localisé le point idéal. Étant donné que la conception via compatible avec les règles de conception fab bon marché entraînait souvent une impédance caractéristique via qui sortait assez faible, il a été recommandé de réduire l’impédance de la trace de 100 Ω à 85 Ω différentiel, plutôt que d’essayer de modifier la géométrie via pour l’amener jusqu’à correspondre à la trace. Truc amusant!

On l’avoue, la vidéo date du début de l’année et très longtemps, mais pour des concepts de base aussi importants dans la conception numérique à grande vitesse, nous pensons que cela en vaut la peine. Nous avons certainement ramassé quelques friandises utiles!

Maintenant que la construction du circuit imprimé est clouée, pourquoi revenir en arrière et aller vérifier ces câbles ?