With the increasing speed of PCB signal switching, today’s PCB designers need to understand and control the impedance of PCB traces. Corresponding to the shorter signal transmission times and higher clock rates of modern digital circuits, PCB traces are no longer simple connections, but transmission lines.

Hoe om die PCB -impedansie te beheer

In die praktyk is dit nodig om spoorimpedansie te beheer wanneer digitale marginale snelheid 1ns oorskry of analoog frekwensie 300Mhz oorskry. Een van die belangrikste parameters van ‘n PCB -spoor is die kenmerkende impedansie daarvan (die verhouding tussen spanning en stroom terwyl die golf langs die seintransmissielyn beweeg). Die kenmerkende impedansie van die draad op die printplaat is ‘n belangrike indeks van die ontwerp van die printplaat, veral in die PCB -ontwerp van ‘n hoëfrekwensie -stroombaan, moet daar gekyk word of die kenmerkende impedansie van die draad in ooreenstemming is met die kenmerkende impedansie wat deur die toestel of sein vereis word. This involves two concepts: impedance control and impedance matching. This paper focuses on impedance control and lamination design.

Impedansiebeheer

EImpedance Controling, the conductor in the circuit board will have all kinds of signal transmission, in order to improve the transmission rate and must increase its frequency, if the line itself due to etching, stacking thickness, wire width and other different factors, will cause impedance value change, the signal distortion. Daarom moet die impedansiewaarde van die geleier op die hoëspoed-printplaat binne ‘n sekere reeks, bekend as “impedansie-beheer”, beheer word.

The impedance of a PCB trace will be determined by its inductive and capacitive inductance, resistance, and conductivity coefficient. The main factors affecting the impedance of PCB wiring are: the width of copper wire, the thickness of copper wire, the dielectric constant of medium, the thickness of medium, the thickness of pad, the path of ground wire, the wiring around the wiring, etc. PCB -impedansie wissel van 25 tot 120 ohm.

In die praktyk bestaan ​​’n PCB -transmissielyn gewoonlik uit ‘n spoor, een of meer verwysingslae en isolasiemateriaal. Spore en lae vorm die beheerimpedansie. PCBS sal dikwels uit meer lae bestaan ​​en die stuurimpedansie kan op verskillende maniere saamgestel word. However, whatever method is used, the impedance value will be determined by its physical structure and the electrical properties of the insulating material:

Width and thickness of signal trace

The height of the core or prefill material on either side of the trace

Konfigurasie van spoor en plaat

Insulation constants of core and prefilled materials

PCB -transmissielyne kom in twee hoofvorme voor: Microstrip en Stripline.

Microstrip:

‘N Mikrostrooklyn is ‘n strookgeleier met slegs ‘n verwysingsvlak aan die een kant, met die bokant en sye blootgestel aan lug (of bedek), bo die oppervlak van die isolasiekonstante Er -printplaat, met die kragtoevoer of aarding as verwysing. Soos hieronder getoon:

Note: In actual PCB manufacturing, the board manufacturer usually coats the surface of the PCB with a layer of green oil, so in actual impedance calculation, the model shown below is usually used for surface microstrip line calculation:

Stripline:

‘N Lintlyn is ‘n lint wat tussen twee verwysingsvlakke geplaas is, soos in die figuur hieronder getoon. Die diëlektriese konstantes van die diëlektriese wat deur H1 en H2 voorgestel word, kan anders wees.

The above two examples are only a typical demonstration of microstrip lines and ribbon lines. There are many kinds of specific microstrip lines and ribbon lines, such as coated microstrip lines, which are related to the specific laminated structure of PCB.

The equations used to calculate the characteristic impedances require complex mathematical calculations, usually using field solving methods, including boundary element analysis, so using the specialized impedance calculation software SI9000, all we need to do is control the parameters of the characteristic impedances:

Dielectric constant Er, wiring width W1, W2 (trapezoid), wiring thickness T and insulation layer thickness H.

W1, W2:

The calculated value must be within the red box. En so aan.

SI9000 is used to calculate whether the impedance control requirements are met:

First calculate the single-end impedance control of DDR data line:

TOP layer: 0.5oz copper thickness, 5MIL wire width, 3.8mil distance from the reference plane, dielectric constant 4.2. Kies die model, vervang die parameters en kies verlieslose berekening, soos in die figuur getoon:

Bedekking beteken bedekking, en as daar geen bedekking is nie, vul 0 in dikte en 1 in diëlektriese (diëlektriese konstante) (lug).

Substraat staan ​​vir substraatlaag, dit wil sê diëlektriese laag, meestal met behulp van fr-4, dikte bereken deur impedansieberekeningsagteware, diëlektriese konstante 4.2 (frekwensie minder as 1GHz).

Click on Weight (oz) to set the thickness of the copper layer, which determines the thickness of the cable.

9. Prepreg/Core -konsep van isolasielaag:

PP (Prepreg) is ‘n soort diëlektriese materiaal wat bestaan ​​uit glasvesel en epoksiehars. Kern is eintlik ‘n TIPE PP -medium, maar sy twee kante is bedek met koperfoelie, terwyl PP nie. By die vervaardiging van meerlaagse borde word kern en PP gewoonlik saam gebruik, en PP word gebruik om tussen kern en kern te bind.

10. Sake wat aandag benodig in PCB -lamineerontwerp

(1) Warpage -probleem

Die laagontwerp van PCB moet simmetries wees, dit wil sê die dikte van die medium laag en die koperlaag van elke laag moet simmetries wees. Neem byvoorbeeld ses lae; die dikte van die boonste-GND en die onderste kragmedium moet in ooreenstemming wees met die dikte van koper, en die van die GND-L2- en L3-POWER-medium moet ooreenstem met die dikte van koper. Dit sal nie buig wanneer dit gelamineer word nie.

(2) Die seinlaag moet styf gekoppel wees aan die aangrensende verwysingsvlak (dit wil sê, die medium dikte tussen die seinlaag en die aangrensende koperlaag moet baie klein wees); Koperverband en gemaalde koperverband moet styf verbind word.

(3) In die geval van baie hoë spoed, kan ekstra lae bygevoeg word om die seinlaag te isoleer, maar dit word aanbeveel om nie veelvuldige kraglae te isoleer nie, wat onnodige geraasstoring kan veroorsaak.

(4) Die verspreiding van tipiese gelamineerde ontwerplae word in die volgende tabel getoon:

(5) Algemene beginsels van laagreëling:

Onder die komponentoppervlak (die tweede laag) is die grondvlak, wat die toestel se beskermingslaag en die verwysingsvlak vir die bedrading van die boonste laag bied;

Alle seinlae is sover moontlik aangrensend aan die grondvlak.

Vermy so ver as moontlik direkte aansluiting tussen twee seinlae;

Die hoofkragtoevoer moet so aangrensend moontlik wees;

Simmetrie van die laminaatstruktuur word in ag geneem.

For the layer layout of the motherboard, it is difficult for the existing motherboard to control the parallel long-distance wiring, and the working frequency of the board level is above 50MHZ

(Vir toestande onder 50MHZ, verwys daarna en ontspan dit behoorlik), word die uitlegbeginsel voorgestel:

Komponentoppervlak en sweisoppervlak is ‘n volledige grondvlak (skild);

Geen aangrensende parallelle bedradinglaag nie;

Alle seinlae is sover moontlik aangrensend aan die grondvlak.

Die sleutelsignaal is aangrensend aan die formasie en steek nie die segmenteringsone oor nie.