With the increasing speed of PCB cambiamentu di signale, i cuncettori PCB d’oghje anu bisognu di capisce è cuntrullà l’impedenza di e tracce di 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.

Cumu cuntrullà l’impedenza di PCB

In pratica, hè necessariu cuntrullà l’impedenza di traccia quandu a velocità marginale digitale supera 1ns o a frequenza analogica supera 300Mhz. Unu di i parametri chjave di una traccia PCB hè a so impedenza caratteristica (u rapportu di tensione à corrente mentre l’onda viaghja longu a linea di trasmissione di u segnale). L’impedenza caratteristica di u filu nantu à u circuitu stampatu hè un indice impurtante di a cuncezzione di u circuitu, in particulare in a cuncezzione PCB di u circuitu à alta frequenza, deve esse cunsideratu sì l’impedenza caratteristica di u filu hè coerente cù l’impedenza caratteristica richiesta da u dispositivu o da u signale. This involves two concepts: impedance control and impedance matching. This paper focuses on impedance control and lamination design.

Cuntrollu di impedenza

Cuntrollu EImpedance, u cunduttore in u circuitu averà tutti i generi di trasmissione di segnale, per migliurà a velocità di trasmissione è deve aumentà a so frequenza, se a linea stessa a causa di l’incisione, spessore di stacking, larghezza di u filu è altri fattori diversi, causerà cambiamentu di valore di impedanza, a distorsione di u signale. Dunque, u valore di impedenza di u cunduttore nantu à u circuitu à grande velocità deve esse cuntrullatu in un certu intervallu, cunnisciutu cum’è “cuntrollu di impedenza”.

The impedance of a PCB trace will be determined by its inductive and capacitive inductance, resistance, and conductivity coefficient. I fattori principali chì influenzanu l’impedenza di u cablaggio PCB sò: a larghezza di u filu di rame, u spessore di u filu di rame, a costante dielettrica di u mezu, u spessore di u mezu, u spessore di u pad, u percorsu di u filu di terra, u cablaggio intornu à u cablaggio. , ecc. Impedenza PCB varia da 25 a 120 ohm.

In pratica, una linea di trasmissione PCB hè generalmente custituita da una traccia, unu o più strati di riferenza, è materiali isolanti. Tracce è strati formanu l’impedenza di cuntrollu. PCBS sarà spessu à più strati, è l’impedenza di cuntrollu pò esse custruita in una varietà di modi. However, whatever method is used, the impedance value will be determined by its physical structure and the electrical properties of the insulating material:

Larghezza è spessore di traccia di signale

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

Configurazione di traccia è piastra

Insulation constants of core and prefilled materials

E linee di trasmissione PCB sò in duie forme principali: Microstrip è Stripline.

Microstrip:

Una linea di microstrip hè un cunduttore di striscia cù un pianu di riferimentu da solu un latu, cù a cima è i lati esposti à l’aria (o rivestita), sopra a superficie di u pannellu di circuitu Er costante di isolamentu, cù l’alimentazione elettrica o a messa à terra cum’è riferimentu. Cumu si mostra sottu:

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:

Una linea di nastro hè un nastru di filu piazzatu trà dui piani di riferenza, cum’è mostratu in a figura sottu. E custante dielettriche di u dielettricu raprisentate da H1 è H2 ponu esse diverse.

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. E accussì.

SI9000 hè adupratu per calculà se i requisiti di cuntrollu di impedenza sò soddisfatti:

Prima calculate u cuntrolu di impedenza à una sola fine di a linea di dati DDR:

TOP layer: 0.5oz copper thickness, 5MIL wire width, 3.8mil distance from the reference plane, dielectric constant 4.2. Sceglite u mudellu, sustituite in i paràmetri, è selezziunate Càlculu Lossless, cum’è mostru in a figura:

CoaTIng significa coTIng, è s’ellu ùn ci hè coTIng, riempite 0 di spessore è 1 in dielettricu (costante dielettrica) (aria).

U sustratu significa u stratu di sustrato, vale à dì u stratu dielettricu, generalmente aduprendu fr-4, spessore calculatu da u software di calculu di impedenza, costante dielettrica 4.2 (frequenza menu di 1 GHz).

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

9. Prepreg / Core cuncettu di stratu isolante:

PP (Prepreg) hè un tipu di materiale dielettricu, cumpostu da fibra di vetru è resina epossidica. Core hè in realtà un TIPU di mezu PP, ma i so dui lati sò cuperti di foglia di rame, mentre chì PP ùn hè micca. Quandu si facenu tavule multistrati, core è PP sò generalmente aduprati inseme, è PP hè adupratu per legà trà core è core.

10. Materie chì necessitanu attenzione in u cuncepimentu di laminazione PCB

(1) Problema di Warpage

U cuncepimentu di u stratu di PCB deve esse simetricu, vale à dì, u spessore di u stratu mediu è u stratu di rame di ogni stratu deve esse simmetricu. Pigliate sei strati per esempiu, u spessore di u top-GND è di u mezu di a putenza inferiore deve esse coerente cù u spessore di u rame, È quellu di u GND-L2 è L3-POWER deve esse coerente cù u spessore di u rame. Questu ùn si deformerà micca quandu si lamina.

(2) U stratu di signale deve esse strettamente accoppiatu cù u pianu di riferimentu adiacente (vale à dì, u spessore mediu trà u stratu di signale è u stratu di rivestimentu di rame adiacente deve esse assai picculu); L’alimentazione in rame di potenza è u cundimentu in rame macinatu devenu esse strettamente accoppiati.

(3) In casu di velocità assai elevata, ponu esse aghjunti strati extra per isolà u stratu di segnale, ma si consiglia di ùn isolà più strati di potenza, chì pò causà interferenze di rumore inutili.

(4) A distribuzione di tipici strati di cuncepimentu laminatu hè mostrata in a seguente tabella:

(5) Principii generali di l’arrangementu di u stratu:

Sottu à a superficia di i cumpunenti (u sicondu stratu) hè u pianu di terra, chì furnisce u stratu di schermatura di u dispositivu è u pianu di riferimentu per u cablaggio di u stratu superiore;

Tutti i strati di signale sò adiacenti à u pianu terrenu u più pussibule.

Evite l’adiacenza diretta trà dui strati di signale u più pussibule;

L’alimentazione principale deve esse u più adiacente pussibule;

A simmetria di a struttura laminata hè presa in contu.

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 e cundizioni inferiori à 50 MHz, per piacè riferitevi è rilassatelu in modu adeguatu), u principiu di layout hè suggeritu:

A superficia di i cumpunenti è a superficia di saldatura sò piani di terra cumpleti (scudu);

Nisun stratu di cablaggio parallele adiacente;

Tutti i strati di signale sò adiacenti à u pianu terrenu u più pussibule.

U signale chjave hè adiacente à a furmazione è ùn attraversa micca a zona di segmentazione.