With the increasing speed of PCB превключване на сигнала, съвременните дизайнери на печатни платки трябва да разбират и контролират импеданса на следи от печатни платки. В съответствие с по -кратките времена на предаване на сигнала и по -високите тактови честоти на съвременните цифрови схеми, следите от печатни платки вече не са прости връзки, а преносни линии.

Как да контролираме импеданса на печатни платки

На практика е необходимо да се контролира импеданс на следи, когато цифровата пределна скорост надвишава 1ns или аналоговата честота надвишава 300Mhz. Един от ключовите параметри на печатната платка е нейният характерен импеданс (съотношението на напрежение към ток, докато вълната се движи по линията на предаване на сигнала). Характерният импеданс на проводника върху печатната платка е важен показател за дизайна на печатната платка, особено при проектирането на печатни платки на високочестотна верига, трябва да се има предвид дали характеристичният импеданс на проводника е в съответствие с характеристичния импеданс, изискван от устройството или сигнала. This involves two concepts: impedance control and impedance matching. This paper focuses on impedance control and lamination design.

Контрол на импеданса

Контрол на EImpance, проводникът в платката ще има всички видове предаване на сигнал, за да подобри скоростта на предаване и трябва да увеличи честотата си, ако самата линия поради ецване, дебелина на подреждане, ширина на проводника и други различни фактори, ще причини промяна на стойността на импеданса, изкривяване на сигнала. Следователно стойността на импеданса на проводника на високоскоростната платка трябва да се контролира в определен диапазон, известен като „контрол на импеданса“.

The impedance of a PCB trace will be determined by its inductive and capacitive inductance, resistance, and conductivity coefficient. Основните фактори, влияещи върху импеданса на окабеляването на печатни платки, са: ширината на медната жица, дебелината на медната жица, диелектричната константа на средата, дебелината на средата, дебелината на подложката, пътя на заземения проводник, окабеляването около окабеляването и т.н. Импедансът на печатни платки варира от 25 до 120 ома.

На практика преносната линия на печатни платки обикновено се състои от следа, един или повече еталонни слоя и изолационни материали. Следите и слоевете формират контролния импеданс. PCBS често ще бъде многопластова и управляващият импеданс може да бъде конструиран по различни начини. However, whatever method is used, the impedance value will be determined by its physical structure and the electrical properties of the insulating material:

Ширина и дебелина на следата на сигнала

Височината на сърцевината или материала за предварително запълване от двете страни на следата

Конфигурация на следа и плоча

Insulation constants of core and prefilled materials

Преносните линии на печатни платки се предлагат в две основни форми: Microstrip и Stripline.

Microstrip:

Микролентова линия е лентов проводник с референтна равнина само от едната страна, с горната и страничните страни, изложени на въздух (или с покритие), над повърхността на платката с постоянна изолация Er, с захранване или заземяване като отправна точка. Както е показано по-долу:

Забележка: При действителното производство на печатни платки производителят на платки обикновено покрива повърхността на печатната платка със слой зелено масло, така че при изчисляване на действителния импеданс, моделът, показан по -долу, обикновено се използва за изчисляване на повърхностни микролентови линии:

Stripline:

Линията на лентата е лента от тел, поставена между две референтни равнини, както е показано на фигурата по -долу. Диелектричните константи на диелектрика, представени от H1 и H2, могат да бъдат различни.

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. И така нататък.

SI9000 се използва за изчисляване дали са изпълнени изискванията за контрол на импеданса:

Първо изчислете контрола на импеданса в единия край на DDR линията за данни:

ТОП слой: 0.5oz медна дебелина, 5MIL ширина на проводника, 3.8mil разстояние от референтната равнина, диелектрична константа 4.2. Изберете модела, заменете в параметрите и изберете Изчисление без загуби, както е показано на фигурата:

Покритие означава полагане, и ако няма покритие, попълнете 0 в дебелина и 1 в диелектрик (диелектрична константа) (въздух).

Субстратът означава субстратен слой, тоест диелектричен слой, обикновено използващ fr-4, дебелина, изчислена чрез софтуер за изчисляване на импеданса, диелектрична константа 4.2 (честота по-малка от 1 GHz).

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

9. Prepreg/Core концепция на изолационния слой:

PP (Prepreg) е вид диелектричен материал, съставен от стъклени влакна и епоксидна смола. Ядрото всъщност е ТИП от PP среда, но двете му страни са покрити с медно фолио, докато PP не е. При производството на многослойни дъски, сърцевината и PP обикновено се използват заедно, а PP се използва за свързване между сърцевината и сърцевината.

10. Въпроси, изискващи внимание при дизайна на ламиниране на печатни платки

(1) Проблем с Warpage

Дизайнът на слоя на печатни платки трябва да бъде симетричен, тоест дебелината на средния слой и меден слой на всеки слой трябва да бъде симетрична. Вземете например шест слоя, дебелината на средата с най-висок GND и средна мощност трябва да съответства на дебелината на медта, а тази на средата GND-L2 и L3-POWER трябва да съответства на дебелината на медта. Това няма да се изкриви при ламиниране.

(2) Сигналният слой трябва да бъде плътно свързан със съседната референтна равнина (т.е. средната дебелина между сигналния слой и съседния меден покривен слой трябва да бъде много малка); Силната медна превръзка и медената превръзка трябва да бъдат плътно свързани.

(3) В случай на много висока скорост, могат да се добавят допълнителни слоеве, за да се изолира слоят сигнал, но се препоръчва да не се изолират множество слоеве мощност, което може да причини ненужни шумови смущения.

(4) Разпределението на типичните ламинирани дизайнерски слоеве е показано в следната таблица:

(5) Общи принципи на подреждане на слоевете:

Под повърхността на компонента (вторият слой) е заземената равнина, която осигурява защитния слой на устройството и референтната равнина за окабеляването на горния слой;

Всички сигнални слоеве са в непосредствена близост до равнината на земята, доколкото е възможно.

Избягвайте, доколкото е възможно, непосредствено съседство между два слоя сигнал;

Основното захранване трябва да е възможно най -съседно;

Взема се предвид симетрията на ламинатната структура.

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

(При условия под 50MHZ, моля, обърнете се към него и го отпуснете по подходящ начин), принципът на оформление се предлага:

Повърхността на компонентите и заваръчната повърхност са пълна равнина на земята (щит);

Няма съседен паралелен кабелен слой;

Всички сигнални слоеве са в непосредствена близост до равнината на земята, доколкото е възможно.

Ключовият сигнал е в съседство с формацията и не преминава зоната на сегментиране.