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24 – Impédance sur les circuits imprimés

Pourquoi considérer l'impédance?

Une analyse d'impédance est indispensable pour la transmission de signaux à commutations rapides et à faibles courants; ceux-ci sont plus sujets aux distorsions. La résistance ohmique ou apparente en courant alternatif est appelée impédance Z0.
Cette impédance altère la transmission des signaux. L'impédance de ligne des signaux doit être ajustée pour éviter des réflexions sur les pistes conductrices des circuits imprimés. Ces réflexions peuvent conduire à la distorsion des signaux.

On distingue deux types d'impédance:

• Single Ended
  (une seule piste conductrice)

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 db electronic • Differential Pairs
  (2 pistes conductrices parallèles)

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Les deux types d'impédance peuvent se produire dans diverses combinaisons, par exemple, sur une couche extérieure ou une couche intérieure. Les pistes de signal avec un seul potentiel sont appelées «Microstrip» et les pistes de signal entre deux potentiels «Stripline».

Exemples
Single Ended
(asymétrique)
Surface Microstrip
(Microstrip de surface)

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Single Ended
(asymétrique)
Embedded Stripline
(Stripline integré)

db electronic		 db electronic Differential Pairs
(paires différentielles)
Embedded Microstrip
(Microstrip integré)

db electronic


Differential Pairs
(paires différentielles)
Embedded Stripline
(Stripline integré)

db electronic		 db electronic L'analyse et le calcul d'impédance sont complexes – voir IPC 2141 pour les formules de calcul d'impédance des circuits imprimés.

Par conséquent, la structure des couches doit être discutée avec le fabricant de circuits imprimés déjà dans la phase de conception. Les développeurs doivent être conscient des possibilités techniques de fabrication.


En principe, la piste d'un signal sur une carte de circuit imprimé peut être modélisée par la combinaison d'une résistance R, d'une inductance L et d'une capacité C. La résistance dépend de la section du conducteur. L'inductance dépend de la largeur du conducteur et de l'espace entre eux. La capacité dépend de la distance entre le conducteur et son potentiel (Microstrip) ou ses potentiels (Stripline).

Formule

db electronic		 db electronic Plan
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L'impédance est donc tributaire de
• la largeur de piste (single-ended) ou de l'espacement entre les pistes (paire différentielle)
• l'épaisseur du diélectrique (pré-imprégné = distance à l'emplacement du potentiel)
• la constante diélectrique

Pour la réalisation de circuits imprimés avec contrôle d'impédance, les informations suivantes sont nécessaires:
• Nombre de couches
• Structure (empilage) des couches (l'épaisseur des différents pré-imprégnés et des noyaux ainsi que l'épaisseur du cuivre de chaque couche)
• Épaisseur finale du circuit imprimé
• pour l'analyse de l'impédance:
  • quel genre d’impédance (Differential Pairs ou Single Ended) et sa valeur (par exemple 50 ou 100 ohms)?
  • quelles couches sont concernées et avec quels potentiels sont-elles associées?
  • quelles pistes sont concernées (largeur et espacement des pistes)?

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