Polar Instruments über die Bedeutung von Impedanz-Berechnungen und -Tests

Impedanz-kontrollierte Leiterplatten

Höhere Übertragungsfrequenzen, höhere Taktraten und kürzere Pulsanstiegszeiten von Schaltkreisen machen Impedanz-kontrollierte Leiterplatten erforderlich!

»Weist die Leiterplatte nach der Bestückung Impedanz-Fehler auf, ist diese eigentlich nicht mehr zu reparieren«, verdeutlicht Hermann Reischer, Geschäftsführer von Polar Instruments. So wird die Messung von Impedanz-kontrollierten Leiterbahnen von allen namhaften PCB-Herstellern angeboten. »Sie ist hinsichtlich der Wichtigkeit heute gleichzusetzen mit dem elektrischen Verbindungstest.«

Eines vorweg: Der Begriff »Impedanz-kontrollierte Leiterplatte« stammt aus dem Englischen (controlled impedance) und ist eigentlich etwas irreführend übersetzt. Denn gemeint ist nicht eine kontrollierte Impedanz, sondern eine gesteuerte bzw. berechnete Impedanz auf der Leiterplatte. Und diese benötigt man in fast allen Anwendungen, weil die Signalfrequenzen ständig steigen. Leiterbahnen sind somit nicht als einfache Verbindungen zu sehen, sondern als ein Bauteil, das sich wie eine Übertragungsleitung verhält! Gemessen wird die Impedanz bekanntlich in Ohm - sie ist aber nicht zu verwechseln mit dem Widerstand, der ebenfalls in Ohm gemessen wird. »Es handelt sich um vollkommen unterschiedliche Parameter«, weist Hermann Reischer hin. »Der Widerstand definiert die Gleichspannungs-Charakteristik, während die Impedanz eine Wechselspannungs-Charakteristik beschreibt, welche bei höheren Frequenzen zunehmend an Bedeutung gewinnt.«

Bekanntestes Beispiel für eine kontrollierte Impedanz ist das Kabel, das die Fernsehantenne mit dem Empfangsgerät verbindet. Die Empfangsantenne besitzt eine natürliche oder charakteristische Impedanz. Die Theorie besagt, dass zur optimalen Leistungsübertragung von der Antenne zum Empfänger (und zur Erhaltung der Signalqualität) die Impedanz der Übertragungsleitung und des Empfängers jener der Antenne entsprechen muss. Im Falle einer Fehlanpassung wird nur ein Teil des Signals übertragen, der Rest wird zur Einspeisestelle zurückreflektiert. Kabelentwickler achten daher sehr genau auf gleichmäßige Kabelabmessungen und Materialeigenschaften. Antennenkabel haben meist die Form einer flachen Zweidrahtleitung oder eines runden Koaxialkabels. In beiden Fällen wird die Impedanz durch die Abmessung und das Material des Kabels bestimmt.

Eine ähnliche Betrachtung gilt auch für die Signalübertragung auf Leiterplatten. Dabei hängt die Impedanz von mehreren Parametern ab, etwa der Leiterbahnbreite, dem Lagenabstand und den dielektrischen Eigenschaften des Basismaterials.

1. Teil: Impedanz-kontrollierte Leiterplatten
2. Teil: Berechnung mit der Field-Solver-Methode
3. Teil: Testen der Leiterplatte

Weiterführende Links:

• Höhere Ströme für die Leiterplatte: Von Dickkupfer bis zum Inlay Board