With the increasing speed of PCB přepínání signálu, dnešní návrháři desek plošných spojů musí porozumět a řídit impedanci stop desek plošných spojů. Odpovídající kratším časům přenosu signálu a vyšším taktovacím frekvencím moderních digitálních obvodů, stopy desek plošných spojů již nejsou jednoduchá připojení, ale přenosové linky.

Jak ovládat impedanci DPS

V praxi je nutné řídit stopovou impedanci, když digitální mezní rychlost překročí 1ns nebo analogová frekvence překročí 300Mhz. Jedním z klíčových parametrů stopy PCB je její charakteristická impedance (poměr napětí k proudu, jak vlna postupuje po vedení přenosu signálu). Charakteristická impedance drátu na desce s plošnými spoji je důležitým indexem konstrukce desky s plošnými spoji, zejména při návrhu vysokofrekvenčních obvodů na desce plošných spojů je třeba zvážit, zda je charakteristická impedance drátu v souladu s charakteristickou impedancí požadovanou zařízením nebo signálem. This involves two concepts: impedance control and impedance matching. This paper focuses on impedance control and lamination design.

Řízení impedance

EImpedance Controling, vodič v desce plošných spojů bude mít všechny druhy přenosu signálu, aby se zlepšila přenosová rychlost a musí zvýšit svou frekvenci, pokud vedení samotné kvůli leptání, tloušťce stohování, šířce drátu a dalším různým faktorům způsobí změna hodnoty impedance, zkreslení signálu. Hodnota impedance vodiče na vysokorychlostní desce s obvody by proto měla být řízena v určitém rozsahu, známém jako „řízení impedance“.

The impedance of a PCB trace will be determined by its inductive and capacitive inductance, resistance, and conductivity coefficient. Hlavní faktory ovlivňující impedanci kabeláže PCB jsou: šířka měděného drátu, tloušťka měděného drátu, dielektrická konstanta média, tloušťka média, tloušťka podložky, dráha uzemňovacího vodiče, zapojení kolem vedení , atd. Impedance desky plošných spojů se pohybuje od 25 do 120 ohmů.

V praxi se přenosové vedení PCB obvykle skládá ze stopy, jedné nebo více referenčních vrstev a izolačních materiálů. Stopy a vrstvy tvoří řídicí impedanci. PCBS bude často vícevrstvý a řídicí impedanci lze zkonstruovat různými způsoby. However, whatever method is used, the impedance value will be determined by its physical structure and the electrical properties of the insulating material:

Šířka a tloušťka stopy signálu

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

Konfigurace stopy a desky

Insulation constants of core and prefilled materials

PCB přenosové linky se dodávají ve dvou hlavních formách: Microstrip a Stripline.

Microstrip:

Mikropáskové vedení je pásový vodič s referenční rovinou pouze na jedné straně, přičemž horní a boční strany jsou vystaveny vzduchu (nebo potažené), nad povrchem desky s obvodem Er s konstantní izolací, přičemž jako reference je použit napájecí zdroj nebo uzemnění. Jak je ukázáno níže:

Poznámka: Při skutečné výrobě DPS výrobce desky obvykle potáhne povrch DPS vrstvou zeleného oleje, takže při výpočtu skutečné impedance se pro výpočet povrchové mikropáskové čáry obvykle používá níže uvedený model:

Stripline:

Linka pásky je páska drátu umístěná mezi dvě referenční roviny, jak je znázorněno na obrázku níže. Dielektrické konstanty dielektrika reprezentované H1 a H2 mohou být různé.

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. A tak dále.

SI9000 se používá k výpočtu, zda jsou splněny požadavky na řízení impedance:

Nejprve vypočítejte řízení impedance jednoho konce datové linky DDR:

TOP vrstva: tloušťka mědi 0.5 oz, šířka drátu 5 mil., Vzdálenost 3.8 mil od referenční roviny, dielektrická konstanta 4.2. Vyberte model, dosaďte v parametrech a vyberte bezeztrátový výpočet, jak ukazuje obrázek:

CoaTIng znamená coaTIng, a pokud neexistuje coaTIng, vyplňte 0 tloušťkou a 1 dielektrikem (dielektrická konstanta) (vzduch).

Substrát znamená vrstvu substrátu, tj. Dielektrickou vrstvu, obvykle používající fr-4, tloušťka vypočtená softwarem pro výpočet impedance, dielektrická konstanta 4.2 (frekvence menší než 1 GHz).

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

9. Prepreg/základní koncept izolační vrstvy:

PP (Prepreg) je druh dielektrického materiálu složeného ze skleněných vláken a epoxidové pryskyřice. Jádro je ve skutečnosti TYP média PP, ale jeho dvě strany jsou pokryty měděnou fólií, zatímco PP není. Při výrobě vícevrstvých desek se jádro a PP obvykle používají společně a PP se používá k lepení mezi jádrem a jádrem.

10. Záležitosti vyžadující pozornost při návrhu laminace desek plošných spojů

(1) Problém s warpage

Návrh vrstvy PCB by měl být symetrický, to znamená, že tloušťka střední vrstvy a měděné vrstvy každé vrstvy by měla být symetrická. Vezměte si například šest vrstev, tloušťka média top-GND a bottom-power by měla být konzistentní s tloušťkou mědi, a tloušťka média GND-L2 a L3-POWER by měla být konzistentní s tloušťkou mědi. Při laminování se to nebude deformovat.

(2) Signální vrstva by měla být pevně spojena se sousední referenční rovinou (to znamená, že střední tloušťka mezi signální vrstvou a sousední měděnou potahovací vrstvou by měla být velmi malá); Mocný měděný obvaz a mletý měděný obvaz by měly být těsně spojeny.

(3) V případě velmi vysokých rychlostí lze přidat další vrstvy k izolaci signálové vrstvy, ale doporučuje se neizolovat více výkonových vrstev, což může způsobit zbytečné rušení šumu.

(4) Rozložení typických vrstev laminovaného designu je uvedeno v následující tabulce:

(5) Obecné zásady uspořádání vrstev:

Pod povrchem součásti (druhá vrstva) je zemnící rovina, která poskytuje stínící vrstvu zařízení a referenční rovinu pro zapojení horní vrstvy;

Všechny signální vrstvy co nejvíce sousedí se základní rovinou.

Vyhněte se pokud možno přímému sousedství mezi dvěma signálními vrstvami;

Hlavní napájecí zdroj by měl být co nejblíže;

Je zohledněna symetrie struktury laminátu.

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

(Pro podmínky nižší než 50MHZ se na něj prosím podívejte a vhodně jej uvolněte), navrhuje se princip rozložení:

Povrch součásti a svařovací plocha jsou úplnou základní rovinou (štítem);

Žádná sousední vrstva paralelního zapojení;

Všechny signální vrstvy co nejvíce sousedí se základní rovinou.

Klíčový signál sousedí s formací a nepřekračuje segmentační zónu.