With the increasing speed of PCB el canvi de senyal, els dissenyadors actuals de PCB han d’entendre i controlar la impedància de les traces de PCB. 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.

Com controlar la impedància del PCB

A la pràctica, és necessari controlar la impedància de traça quan la velocitat marginal digital supera els 1ns o la freqüència analògica supera els 300Mhz. Un dels paràmetres clau d’un traçat de PCB és la seva impedància característica (la relació de tensió a corrent mentre l’ona viatja al llarg de la línia de transmissió del senyal). La impedància característica del cable a la placa de circuit imprès és un índex important del disseny de la placa de circuit, especialment en el disseny de circuits PCB d’alta freqüència. This involves two concepts: impedance control and impedance matching. This paper focuses on impedance control and lamination design.

Control de la impedància

Controlant la impedància, el conductor de la placa de circuit tindrà tota mena de transmissió de senyal, per tal de millorar la velocitat de transmissió i haurà d’augmentar-ne la freqüència, si la mateixa línia a causa del gravat, el gruix d’apilament, l’amplada del fil i altres factors diferents causarà canvi de valor d’impedància, distorsió del senyal. Per tant, el valor d’impedància del conductor a la placa de circuits d’alta velocitat s’ha de controlar dins d’un cert rang, conegut com a “control d’impedància”.

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. La impedància del PCB oscil·la entre 25 i 120 ohm.

A la pràctica, una línia de transmissió de PCB sol consistir en un traç, una o més capes de referència i materials aïllants. Traces i capes formen la impedància de control. El PCBS sol ser multicapa i la impedància de control es pot construir de diverses maneres. However, whatever method is used, the impedance value will be determined by its physical structure and the electrical properties of the insulating material:

Amplada i gruix del traç del senyal

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

Configuració de traça i placa

Insulation constants of core and prefilled materials

Les línies de transmissió de PCB es presenten en dues formes principals: Microstrip i Stripline.

Microstrip:

Una línia de microstrip és un conductor de tira amb un pla de referència en un sol costat, amb la part superior i els laterals exposats a l’aire (o recoberts), per sobre de la superfície de la placa de circuit Er constant d’aïllament, amb la font d’alimentació o la posada a terra com a referència. Com es mostra a continuació:

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:

Línia de línia:

Una línia de cinta és una cinta de filferro situada entre dos plans de referència, tal com es mostra a la figura següent. Les constants dielèctriques del dielèctric representades per H1 i H2 poden ser diferents.

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. I així successivament.

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

Primer calculeu el control d’impedància d’un extrem final de la línia de dades DDR:

TOP layer: 0.5oz copper thickness, 5MIL wire width, 3.8mil distance from the reference plane, dielectric constant 4.2. Seleccioneu el model, substituïu els paràmetres i seleccioneu Càlcul sense pèrdues, tal com es mostra a la figura:

CoaTIng significa coTIng, i si no hi ha coTIng, ompliu 0 de gruix i 1 de dielèctric (constant dielèctrica) (aire).

Substrat significa capa de substrat, és a dir, capa dielèctrica, generalment amb fr-4, gruix calculat mitjançant un programari de càlcul d’impedància, constant dielèctrica 4.2 (freqüència inferior a 1 GHz).

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

9. Concepte Prepreg / Core de capa aïllant:

El PP (Prepreg) és un tipus de material dielèctric compost per fibra de vidre i resina epoxi. El nucli és en realitat un TIPUS de mitjà PP, però els seus dos costats estan coberts amb làmina de coure, mentre que el PP no. Quan es fabriquen taules multicapa, el nucli i el PP s’utilitzen generalment junts i el PP s’utilitza per unir-se entre nucli i nucli.

10. Matèries que necessiten atenció en el disseny de laminació de PCB

(1) Problema de la pàgina de guerra

El disseny de la capa del PCB ha de ser simètric, és a dir, el gruix de la capa mitjana i la capa de coure de cada capa han de ser simètriques. Prenem sis capes, per exemple, el gruix del mitjà GND superior i el de potència inferior haurien de ser consistents amb el gruix del coure, I el del mitjà GND-L2 i L3-POWER hauria de ser coherent amb el gruix del coure. Això no es deformarà en laminar.

(2) La capa de senyal ha d’estar ben acoblada amb el pla de referència adjacent (és a dir, el gruix mitjà entre la capa de senyal i la capa de recobriment de coure adjacent ha de ser molt petit); L’apòsit de coure elèctric i el de coure mòlt han d’estar ben acoblats.

(3) En el cas de velocitat molt alta, es poden afegir capes addicionals per aïllar la capa de senyal, però es recomana no aïllar diverses capes de potència, cosa que pot provocar interferències de soroll innecessàries.

(4) La distribució de les capes de disseny laminat típiques es mostra a la taula següent:

(5) Principis generals de disposició de capes:

Sota la superfície component (la segona capa) hi ha el pla de terra, que proporciona la capa de protecció del dispositiu i el pla de referència per al cablejat de la capa superior;

Totes les capes de senyal són adjacents al pla terrestre en la mesura del possible.

Eviteu l’adjacència directa entre dues capes de senyal tant com sigui possible;

L’alimentació principal ha de ser el més adjacent possible;

Es té en compte la simetria de l’estructura del laminat.

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

(Per a condicions inferiors a 50 MHz, consulteu-lo i relaxeu-lo adequadament), es recomana el principi de disseny:

La superfície dels components i la superfície de soldadura són un pla de terra complet (blindatge);

No hi ha cap capa de cablejat paral·lela adjacent;

Totes les capes de senyal són adjacents al pla terrestre en la mesura del possible.

El senyal clau és adjacent a la formació i no travessa la zona de segmentació.