¿Cómo puedo garantizar una impedancia de 50 ohmios en la traza de la placa de circuito impreso?

Question

Tengo una pregunta. Imagina que necesito tener una impedancia de 50 ohmios en una traza de PCB. Para casos sencillos es sólo aplicar la fórmula que se encuentra en todo internet o utilizar uno de los calculadoras

Mientras buscaba esta información en Internet me encontré con un artículo en el que un tipo creaba una sonda de campo eléctrico de bajo coste y una sonda de campo magnético de bajo coste y luego procedía a realizar pruebas en diferentes configuraciones de microfichas en una placa de doble capa. Su objetivo era precisamente ese, medir el campo magnético y el campo eléctrico con una sonda de campo cercano, con un montaje de bajo coste, para que las pequeñas empresas puedan realizar sus propias pruebas antes de gastar mucho dinero certificando el producto final.

Las configuraciones eran las siguientes:

1. En forma de L: Un lado todo conectado a tierra, no corroído. El otro lado sólo tenía un trazo en forma de L.
2. En forma de H: Un lado todo conectado a tierra, no corroído. El otro lado tenía trazas formando una H, y el centro de la H tenía una línea que iba al borde de la placa (las otras trazas, paralelas a esta, no llegaban al borde de la placa). no llegaban al borde de la placa).
3. Forma de radio: Este era de una sola cara.ç Se conectaba al borde del tablero en un lado, hacía un bucle y el conector final estaba justo al lado del punto de entrada.

Era necesario para las medidas que la impedancia en esas líneas fuera de 50 ohmios. Honestamente no puedo ver cómo calculó la impedancia para esas formas de impar, y no puedo encontrar ningún material en la web con respecto a cómo fue capaz de asegurar 50ohms en esas líneas.

¿Puede alguien indicarme la dirección correcta?

EDITAR:

¿Simplemente añadió resistencias de terminación en lugares específicos? ¿Quizá en la forma de H simplemente añadió 4 resistencias de 200 ohmios, una en cada una de las "patas" de la H? ¿Garantiza esto 50 ohmios? Entonces, ¿cómo lo hizo en el que tiene forma de radio?

EDIT2:

Artículo original: Análisis de la emisión electromagnética de los PCB mediante el uso de una sonda de campo cercano

Answer 1

Cuando hablamos de la "impedancia" de una traza de pcb, nos referimos a la impedancia característica de una línea de transmisión uniforme.

La impedancia característica depende principalmente de H , W y \$\epsilon_r\$ en la figura anterior. Para obtener una impedancia característica de 50 ohmios, sólo hay que definir el ancho de la traza en la proporción adecuada a la H de su dieléctrico (con algunos pequeños ajustes para T _se y los términos de pérdidas dieléctricas y conductoras). Como se ha dicho en otras respuestas, hay numerosas calculadoras en línea y herramientas de alto precio disponibles para ayudarte a hacerlo.

La impedancia característica no depende de ninguna característica que cambie a lo largo de la dirección "L". Por ejemplo, los diferentes patrones de tu ejemplo ("H", "L", etc.) no cambian la impedancia característica de las trazas que componen los patrones. Sin embargo, las curvas o ramificaciones en las líneas crean discontinuidades y regiones en las que la impedancia característica no modela con precisión el comportamiento de la línea de transmisión, como se ha comentado en otras respuestas.

Ahora, sobre ese papel

Para que conste, el papel a la que te refieres es

P. Sujintanarat, y otros. Análisis de la emisión electromagnética de las placas de circuito impreso mediante el uso de una sonda de campo cercano", Simposio Internacional sobre Comunicaciones y Tecnologías de la Información (ISCIT), 2006.

Parece que sólo están utilizando los diferentes patrones de trazos de microstrip para producir campos que pueden medir utilizando la sonda que desarrollaron y sobre la que están informando. No es evidente que tenía utilizar microstrip de 50 Ohm, pero puede haber sido conveniente hacerlo porque eso minimizaría la reflexión posterior donde su línea coaxial alimenta el parche de prueba y maximizaría las señales vistas en las muestras.

Habrían obtenido resultados muy similares si hubieran utilizado trazos de 40 ohmios, de 60 ohmios o incluso de 100 ohmios. Sin embargo, tenían que elegir alguna impedancia característica uniforme, y 50 ohmios es conveniente, y es menos probable que confundir a la tienda de pcb que construyó sus parches de prueba.

Por cierto, me decepcionó un poco el artículo, porque empezaron diciendo que su objetivo es tener un método de prueba de bajo coste que ayude a predecir los resultados de las pruebas de emisiones radiadas para la CEM. Sin embargo, sólo comparan sus mediciones con simulaciones; no parece que hayan comparado los resultados de sus sondas con mediciones reales de EMC, por lo que no hay demostración de que hayan logrado lo que se proponían.

¿Simplemente añadió resistencias de terminación en lugares específicos?

No parece que hayan acabado con los rastros en sus parches de prueba, pero no lo necesitaban para sus fines.

La señal viene de la alimentación coaxial. Se refleja en las distintas características y en los extremos no terminados de las líneas de transmisión. Y crea un campo tanto si terminan las trazas como si no.

Como sólo les interesa saber si pueden medir ese campo, no es importante para sus resultados terminar correctamente las líneas de transmisión.

Answer 2

El uso de fórmulas para calcular la impedancia de las tiras/microtiras solía ser suficiente, pero con la tecnología moderna de las placas de circuito impreso, esto NO funciona bien. En una placa multicapa típica de alta velocidad, puede tener una anchura de pista de 100um y un grosor dieléctrico de 100um. Esto te pone fuera del rango donde las aproximaciones en cualquiera de las fórmulas que he visto funcionan bien.

La herramienta elegida es el llamado solucionador de campos. Los encontrará integrados en herramientas como Hyperlynx, SigXplorer, ADS, etc. Son herramientas costosas. La única herramienta gratuita que he encontrado se llama TNT y está desarrollada por una universidad americana.

Si quieres ver estructuras más complejas (no sé por qué) tendrías que buscar una herramienta 3D como Ansoft HFFS o similar.

En cuanto a la medición (si es lo que buscas), la herramienta de elección se llama TDR. También es una herramienta bastante costosa. Los TDR están disponibles en empresas como Agilent, Tektronix, LeCroy, etc. (Busca "medición de trazas de prueba de impedancia" en YouTube para ver cómo funciona).