Guide de conception de l'impédance des microrubans : de la théorie à la configuration des circuits imprimés

Pourquoi 50 Ω est important

La norme d'impédance de 50 Ω est née d'un compromis entre la gestion de la puissance (qui favorise une impédance plus faible) et la perte d'insertion (qui favorise une impédance plus élevée autour de 77 Ω). Pour les travaux RF, 50 Ω est la norme quasi universelle. Pour la vidéo, 75 Ω. Pour certains signaux logiques, un différentiel de 100 Ω est courant.

Lorsque l'impédance de trace ne correspond pas à la source ou à la charge, des réflexions se produisent. En courant continu et en basse fréquence, cela est inoffensif : les signaux voyagent suffisamment lentement pour que le transitoire s'arrête avant de provoquer des dommages. Mais surtout, à peu près :

« MATHBLOCK_0 »

où *v*est la vitesse de propagation (~0,6 c sur FR4) et *l* est la longueur de trace, le contrôle de l'impédance devient important. Pour une trace de 10 cm sur FR4, cela correspond à environ 900 MHz.

Les équations de Hammerstad-Jensen

La plupart des calculateurs en ligne utilisent les équations simplifiées IPC-2141, qui sont précises à environ ± 5 %. Pour la fabrication, utilisez Hammerstad-Jensen (1980) avec des corrections de Wadell, qui atteignent une précision de ± 1 %.

Pour une trace étroite (W/H < 1) :

« MATHBLOCK_1 »

Pour une trace large (W/H ≥ 1) :

« MATHBLOCK_2 »

où *W*est la largeur effective (en tenant compte de l'épaisseur du cuivre) et *ν*eff est la constante diélectrique effective.

Sélection des matériaux

La constante diélectrique du FR4 varie en fonction de la fréquence (4,5 à 100 MHz → 4,1 à 10 GHz) et du tissage du verre. Pour les conceptions RF critiques supérieures à 1 GHz, spécifiez un laminé Controlled-DK.

Tolérances de fabrication

Un fabricant de PCB classique applique les tolérances suivantes :

• Largeur du traçage : ± 0,05 mm (2 mil) pour la norme, ± 0,025 mm (1 mil) pour une impédance contrôlée
• Épaisseur diélectrique : ± 10 % standard, ± 5 % pour les empilements à impédance contrôlée
• Épaisseur du cuivre : ± 10 %

Combinés, ils produisent une variation d'impédance d'environ ± 10 % sur un ordre standard et de ± 5 % sur un ordre contrôlé par impédance. Si vous avez besoin d'une valeur supérieure à ± 5 %, vous devez le spécifier explicitement et vous attendre à un coût plus élevé.

Règles de conception pratiques

Objectif 50 Ω pour la RF, différentiel de 100 Ω pour le numérique haut débit. Sur une carte FR4 standard de 1,6 mm avec 1 oz de cuivre :

• 50 Ω asymétrique ≈ 2,8 mm de largeur de trace
• Différentiel de 100 Ω ≈ 0,12 mm d'espacement entre les traces de 1,8 mm

Gardez les plans de référence solides Les vides, les fentes ou les fentes situés sous une trace à impédance contrôlée modifient l'impédance locale de manière imprévisible. Éloignez les traces RF des bords de la carte et des connecteurs susceptibles d'être coupés à proximité du plan de référence. Cousez des vias autour des traces RF. Pour les microruban, ajoutez des vias de masse tous les λ/20 de chaque côté de la trace pour supprimer les résonances des plaques parallèles. Interruptions de matchs. Les lancements de connecteurs, les vias et les pads créent tous des discontinuités d'impédance. Compensez en réduisant la taille du pad (anti-pad) ou annulez légèrement le plan de référence au niveau des transitions de via.

Vérification

Utilisez notre [Calculateur d'impédance microruban] (/calculators/rf/microstrip-impedance) pour calculer les dimensions de vos traces, puis confirmez-les à l'aide du calculateur d'impédance d'empilement de votre entreprise. Pour la production, demandez un coupon de test : une trace distincte avec la même géométrie qui peut être mesurée à l'aide d'un réflectomètre dans le domaine temporel (TDR) pour vérifier l'impédance réelle avant l'assemblage.