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.

Πώς να ελέγξετε τη σύνθετη αντίσταση PCB

Στην πράξη, είναι απαραίτητο να ελέγξετε την αντίσταση ανίχνευσης όταν η ψηφιακή οριακή ταχύτητα υπερβαίνει το 1ns ή η αναλογική συχνότητα υπερβαίνει τα 300Mhz. Μία από τις βασικές παραμέτρους ενός ίχνους PCB είναι η χαρακτηριστική σύνθετη αντίστασή του (ο λόγος τάσης προς ρεύμα καθώς το κύμα ταξιδεύει κατά μήκος της γραμμής μετάδοσης σήματος). Η χαρακτηριστική σύνθετη αντίσταση του σύρματος στην πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος είναι ένας σημαντικός δείκτης του σχεδιασμού της πλακέτας κυκλώματος, ειδικά στο σχεδιασμό PCB κυκλώματος υψηλής συχνότητας, πρέπει να εξεταστεί εάν η χαρακτηριστική σύνθετη αντίσταση του σύρματος είναι σύμφωνη με τη χαρακτηριστική σύνθετη αντίσταση που απαιτείται από τη συσκευή ή το σήμα. This involves two concepts: impedance control and impedance matching. This paper focuses on impedance control and lamination design.

Έλεγχος σύνθετης αντίστασης

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. Επομένως, η τιμή σύνθετης αντίστασης του αγωγού στην πλακέτα κυκλώματος υψηλής ταχύτητας θα πρέπει να ελέγχεται σε ένα ορισμένο εύρος, γνωστό ως «έλεγχος σύνθετης αντίστασης».

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. Η σύνθετη αντίσταση PCB κυμαίνεται από 25 έως 120 ohm.

Στην πράξη, μια γραμμή μεταφοράς PCB αποτελείται συνήθως από ένα ίχνος, ένα ή περισσότερα στρώματα αναφοράς και μονωτικά υλικά. Traχνη και στρώματα σχηματίζουν τη σύνθετη αντίσταση ελέγχου. Το PCBS θα είναι συχνά πολυστρωματικό και η σύνθετη αντίσταση ελέγχου μπορεί να κατασκευαστεί με διάφορους τρόπους. 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

Διαμόρφωση ίχνους και πλάκας

Insulation constants of core and prefilled materials

Οι γραμμές μεταφοράς PCB διατίθενται σε δύο κύριες μορφές: Microstrip και Stripline.

Microstrip:

Μια γραμμή μικροδεσμίας είναι ένας αγωγός λωρίδας με ένα επίπεδο αναφοράς μόνο στη μία πλευρά, με την κορυφή και τις πλευρές εκτεθειμένες στον αέρα (ή με επίστρωση), πάνω από την επιφάνεια της μονωτικής πλακέτας κυκλώματος Er, με την παροχή ρεύματος ή τη γείωση ως αναφορά. Οπως φαίνεται παρακάτω:

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:

Μια γραμμή κορδέλας είναι μια κορδέλα σύρματος τοποθετημένη ανάμεσα σε δύο επίπεδα αναφοράς, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Οι διηλεκτρικές σταθερές του διηλεκτρικού που αντιπροσωπεύονται από Η1 και Η2 μπορεί να είναι διαφορετικές.

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. Και ούτω καθεξής.

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. Επιλέξτε το μοντέλο, αντικαταστήστε τις παραμέτρους και επιλέξτε Υπολογισμός χωρίς απώλειες, όπως φαίνεται στο σχήμα:

CoaTIng σημαίνει coaTIng, και αν δεν υπάρχει coaTIng, συμπληρώστε 0 σε πάχος και 1 σε διηλεκτρικό (διηλεκτρικό σταθερό) (αέρας).

Το υπόστρωμα σημαίνει στρώμα υποστρώματος, δηλαδή διηλεκτρικό στρώμα, γενικά χρησιμοποιώντας fr-4, πάχος που υπολογίζεται με λογισμικό υπολογισμού σύνθετης αντίστασης, διηλεκτρική σταθερά 4.2 (συχνότητα μικρότερη από 1 GHz).

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

9. Prepreg/Core concept του μονωτικού στρώματος:

Το PP (Prepreg) είναι ένα είδος διηλεκτρικού υλικού, που αποτελείται από ίνες γυαλιού και εποξειδική ρητίνη. Ο πυρήνας είναι στην πραγματικότητα ένας τύπος μέσου PP, αλλά οι δύο πλευρές του καλύπτονται με φύλλο χαλκού, ενώ το PP δεν είναι. Κατά την κατασκευή πολυστρωματικών σανίδων, ο πυρήνας και το PP χρησιμοποιούνται συνήθως μαζί και το PP χρησιμοποιείται για τη σύνδεση μεταξύ πυρήνα και πυρήνα.

10. Θέματα που χρήζουν προσοχής στο σχεδιασμό πλαστικοποίησης PCB

(1) Πρόβλημα παραμόρφωσης

Ο σχεδιασμός του στρώματος του PCB πρέπει να είναι συμμετρικός, δηλαδή το πάχος του μεσαίου στρώματος και το στρώμα χαλκού κάθε στρώματος να είναι συμμετρικό. Πάρτε για παράδειγμα έξι στρώσεις, το πάχος του μέσου κορυφαίας GND και της χαμηλότερης ισχύος πρέπει να είναι σύμφωνο με το πάχος του χαλκού, και αυτό του μέσου GND-L2 και L3-POWER πρέπει να είναι σύμφωνο με το πάχος του χαλκού. Αυτό δεν θα παραμορφωθεί κατά την πλαστικοποίηση.

(2) Το στρώμα σήματος πρέπει να συνδέεται στενά με το παρακείμενο επίπεδο αναφοράς (δηλαδή, το μέσο πάχος μεταξύ του στρώματος σήματος και του παρακείμενου στρώματος επίστρωσης χαλκού πρέπει να είναι πολύ μικρό). Ο επίδεσμος χαλκού ισχύος και ο επίδεσμος αλεσμένου χαλκού πρέπει να συνδέονται σφιχτά.

(3) Σε περίπτωση πολύ υψηλής ταχύτητας, μπορούν να προστεθούν επιπλέον στρώματα για να απομονωθεί το επίπεδο σήματος, αλλά συνιστάται να μην απομονωθούν πολλαπλά επίπεδα ισχύος, τα οποία μπορεί να προκαλέσουν περιττές παρεμβολές θορύβου.

(4) Η κατανομή των τυπικών στρωματοποιημένων στρωμάτων σχεδιασμού φαίνεται στον ακόλουθο πίνακα:

(5) Γενικές αρχές της διάταξης του στρώματος:

Κάτω από την επιφάνεια του συστατικού (το δεύτερο στρώμα) βρίσκεται το επίπεδο γείωσης, το οποίο παρέχει το στρώμα προστασίας της συσκευής και το επίπεδο αναφοράς για την καλωδίωση του ανώτερου στρώματος.

Όλες οι στιβάδες σήματος γειτνιάζουν με το επίπεδο γείωσης στο μέτρο του δυνατού.

Αποφύγετε όσο το δυνατόν την άμεση γειτνίαση μεταξύ δύο στρωμάτων σήματος.

Η κύρια παροχή ρεύματος πρέπει να είναι όσο το δυνατόν πιο κοντά.

Λαμβάνεται υπόψη η συμμετρία της δομής του laminate.

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

(Για συνθήκες κάτω των 50 MHZ, ανατρέξτε σε αυτό και χαλαρώστε κατάλληλα), προτείνεται η αρχή της διάταξης:

Η επιφάνεια του εξαρτήματος και η επιφάνεια συγκόλλησης είναι πλήρες επίπεδο γείωσης (ασπίδα).

Δεν υπάρχει παρακείμενο παράλληλο στρώμα καλωδίωσης.

Όλες οι στιβάδες σήματος γειτνιάζουν με το επίπεδο γείωσης στο μέτρο του δυνατού.

Το σήμα κλειδί είναι δίπλα στο σχηματισμό και δεν διασχίζει τη ζώνη τμηματοποίησης.