Comprendre l’adaptation d’impédance pour les conceptions de PCB haute vitesse

Avec l’évolution de la technologie et l’utilisation toujours plus large des circuits intégrés, la fréquence et la vitesse de transmission des signaux électroniques n’ont cessé d’augmenter, rendant indispensable la mise en œuvre de lignes de transmission hautes performances sur les PCB. Ces lignes de transmission sont chargées d’acheminer les signaux depuis la source jusqu’à l’entrée du récepteur de manière précise et complète. Cette exigence souligne l’importance de l’adaptation d’impédance.

L’impédance électrique, généralement représentée par Z et mesurée en ohms (Ω), correspond à l’effet combiné de la résistance, de l’inductance et de la capacité dans les circuits à courant alternatif. L’impédance d’un circuit donné n’est pas constante : sa valeur est déterminée conjointement par la fréquence du courant alternatif, la résistance (R), l’inductance (L) et la capacité (C), et varie donc en fonction des changements de fréquence.

Qu’est-ce que l’adaptation d’impédance ?

L’adaptation d’impédance est une méthode qui permet d’assurer la compatibilité entre une source de signal ou une ligne de transmission et sa charge. Elle peut être classée en adaptation basse fréquence et haute fréquence.

Dans les circuits basse fréquence, où la longueur d’onde est relativement grande par rapport à la ligne de transmission, les réflexions peuvent être négligées. En revanche, dans les circuits haute fréquence, où les longueurs d’onde sont plus courtes et comparables à la longueur de la ligne de transmission, les signaux réfléchis se superposent au signal d’origine, ce qui peut en modifier la forme et dégrader la qualité du signal.

Comme illustré dans le schéma ci-dessus, un signal est transmis depuis la source A, traverse la ligne de transmission intermédiaire et arrive à l’extrémité de réception B. Au cours de ce processus de transmission, les résistances, capacités et inductances parasites présentes dans le circuit entravent la transmission des signaux à haute vitesse. Lorsque le signal se propage entre ces éléments et rencontre des impédances non cohérentes, cela peut provoquer des réflexions du signal, entraînant une distorsion du signal.

L’adaptation d’impédance permet de réduire efficacement, voire d’éliminer, les réflexions des signaux haute fréquence. Les lignes d’impédance couramment utilisées peuvent être classées en quatre types suivants :

Considérations de conception pour l’impédance

(1) Les lignes à impédance contrôlée peuvent être conçues sur la couche externe (les quatre types mentionnés ci-dessus sont des impédances de couche externe) ou sur une couche interne.

(2) La valeur de l’impédance dépend de la conception du produit et du type de circuit intégré. En général, les fabricants de composants définissent des valeurs d’impédance prédéfinies pour les sources et les récepteurs de signaux (par exemple : SDIO : simple extrémité 50 ohms, USB : différentiel 90 ohms).

(3) Les lignes à impédance contrôlée doivent disposer d’une couche de référence, généralement une couche de masse ou d’alimentation adjacente (par exemple, pour une impédance sur la couche supérieure, la couche de référence est généralement la deuxième couche).

(4) Le rôle de la couche de référence est de fournir un chemin de retour pour le signal et d’agir comme un blindage électromagnétique. Par conséquent, la couche de référence doit être remplie de cuivre plein.

(5) Facteurs influençant l’impédance des pistes
Largeur de piste : l’impédance est inversement proportionnelle à la largeur de la piste ; plus la piste est étroite, plus l’impédance est élevée.

Constante diélectrique : l’impédance est inversement proportionnelle à la constante diélectrique ; plus celle-ci est faible, plus l’impédance est élevée.

Épaisseur du masque de soudure : l’impédance est inversement proportionnelle à l’épaisseur du masque de soudure ; plus le masque est épais, plus l’impédance est faible.

Épaisseur du cuivre : l’impédance est inversement proportionnelle à l’épaisseur du cuivre en surface ; plus le cuivre est fin, plus l’impédance est élevée.

Espacement des pistes : l’impédance est directement proportionnelle à la distance entre les pistes d’impédance ; plus l’espacement est grand, plus l’impédance est élevée.

Épaisseur de la couche diélectrique : l’impédance est directement proportionnelle à l’épaisseur de la couche diélectrique ; plus cette couche est épaisse, plus l’impédance est élevée.

(6) Méthode de calcul des lignes d’impédance : il est recommandé d’utiliser le « Calculateur d’impédance » de JLCPCB. Vous pouvez également télécharger des logiciels de calcul d’impédance (par exemple SI9000) et les utiliser en combinaison avec nos paramètres de stratification.

(7) Remarque rapide sur la « largeur et l’espacement des pistes » : la largeur de piste correspond à la largeur horizontale de la piste, c’est-à-dire la distance d’un bord de la piste à l’autre. L’espacement de piste correspond à la distance entre le bord d’une piste (ou d’un plan de cuivre adjacent) et le bord d’une autre piste.

Instructions de commande pour le contrôle d’impédance

Pour les commandes nécessitant un contrôle d’impédance, il est indispensable de fournir vos exigences d’impédance sous forme de tableau ou de schéma, accompagnées des fichiers PCB compressés.

Ouvrez le « Calculateur d’impédance » de JLCPCB et saisissez les valeurs d’impédance tout en sélectionnant l’empilage de couches correspondant ainsi que les autres paramètres pertinents, tels que l’épaisseur du circuit imprimé. Concevez ensuite la largeur des pistes et les espacements correspondants dans vos données d’ingénierie.

Rappel important : actuellement, nous pouvons uniquement garantir que la largeur des pistes et les espacements respectent une tolérance de ±20 %.

Conclusion

L’adaptation d’impédance est un aspect essentiel de la conception des PCB à grande vitesse, car elle garantit une transmission optimale des signaux et préserve l’intégrité du signal. En prenant soigneusement en compte les valeurs d’impédance, la largeur et l’espacement des pistes, les propriétés diélectriques et les couches de référence, les concepteurs peuvent réduire efficacement les réflexions et les distorsions du signal. La mise en œuvre de pistes à impédance contrôlée et l’utilisation d’outils tels que le calculateur d’impédance de JLCPCB permettent de simplifier le processus de conception et d’atteindre plus facilement les valeurs d’impédance souhaitées. Grâce à des techniques d’adaptation d’impédance appropriées, les concepteurs peuvent améliorer les performances et la fiabilité des PCB haute vitesse, assurant ainsi une transmission fluide des signaux électroniques dans les systèmes électroniques modernes.