With the increasing speed of PCB تغییر سیگنال ، امروزه طراحان PCB باید امپدانس آثار PCB را بفهمند و کنترل کنند. مطابق با زمانهای انتقال سیگنال کوتاهتر و سرعت کلاک مدارهای دیجیتالی مدرن ، آثار PCB دیگر اتصالات ساده ای نیستند ، بلکه خطوط انتقال هستند.

نحوه کنترل امپدانس PCB

در عمل ، کنترل امپدانس ردیابی زمانی لازم است که سرعت دیجیتال حاشیه ای از 1ns یا فرکانس آنالوگ از 300Mhz بیشتر شود. یکی از پارامترهای کلیدی یک PCB امپدانس مشخصه آن است (نسبت ولتاژ به جریان هنگام حرکت موج در امتداد خط انتقال سیگنال). امپدانس مشخصه سیم روی برد مدار چاپی شاخص مهمی در طراحی برد مدار است ، به ویژه در طراحی مدار چاپی مدارهای فرکانس بالا ، باید در نظر گرفته شود که آیا امپدانس مشخصه سیم با امپدانس مشخصه مورد نیاز دستگاه یا سیگنال مطابقت دارد یا خیر. This involves two concepts: impedance control and impedance matching. This paper focuses on impedance control and lamination design.

کنترل امپدانس

EImpedance Controling ، هادی در برد مدار دارای انواع مختلف انتقال سیگنال است ، تا بتواند سرعت انتقال را بهبود بخشد و باید فرکانس آن را افزایش دهد ، اگر خط خود به دلیل اچ ، ضخامت انباشته ، عرض سیم و سایر عوامل مختلف باعث تغییر مقدار امپدانس ، اعوجاج سیگنال بنابراین ، مقدار امپدانس هادی روی برد مدار با سرعت بالا باید در محدوده خاصی کنترل شود که به آن “کنترل امپدانس” می گویند.

The impedance of a PCB trace will be determined by its inductive and capacitive inductance, resistance, and conductivity coefficient. عوامل اصلی م theثر بر امپدانس سیم کشی PCB عبارتند از: عرض سیم مسی ، ضخامت سیم مسی ، ثابت دی الکتریک متوسط ​​، ضخامت محیط ، ضخامت پد ، مسیر سیم زمین ، سیم کشی اطراف سیم کشی ، و غیره. امپدانس PCB از 25 تا 120 اهم متغیر است.

در عمل ، یک خط انتقال PCB معمولاً از ردیابی ، یک یا چند لایه مرجع و مواد عایق تشکیل شده است. آثار و لایه ها امپدانس کنترل را تشکیل می دهند. PCBS اغلب چند لایه خواهد بود و امپدانس کنترل را می توان به روش های مختلف ایجاد کرد. However, whatever method is used, the impedance value will be determined by its physical structure and the electrical properties of the insulating material:

عرض و ضخامت ردیابی سیگنال

ارتفاع هسته یا مواد پیش پر کننده در دو طرف اثر

پیکربندی ردیابی و صفحه

Insulation constants of core and prefilled materials

خطوط انتقال PCB در دو شکل اصلی وجود دارد: Microstrip و Stripline.

Microstrip:

یک خط میکرواستریپ یک هادی نواری است که صفحه مرجع آن تنها در یک طرف قرار دارد و قسمت بالایی و کناری آن در معرض هوا (یا روکش شده) ، بالای سطح مدار ثابت Er عایق ، با منبع تغذیه یا زمین به عنوان مرجع قرار دارد. همانطور که در زیر نشان داده شده است:

توجه: در تولید PCB واقعی ، تولید کننده تخته معمولاً سطح PCB را با یک لایه روغن سبز می پوشاند ، بنابراین در محاسبه امپدانس واقعی ، مدل زیر را معمولاً برای محاسبه خط ریز میله سطحی استفاده می کنیم:

Stripline:

یک خط روبان نواری از سیم است که بین دو صفحه مرجع قرار گرفته است ، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است. ثابت های دی الکتریک دی الکتریک نشان داده شده توسط H1 و H2 می توانند متفاوت باشند.

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. و به همین ترتیب.

SI9000 برای محاسبه اینکه آیا الزامات کنترل امپدانس برآورده شده است یا خیر استفاده می شود:

ابتدا کنترل امپدانس تک سر خط داده DDR را محاسبه کنید:

لایه TOP: 0.5oz ضخامت مس ، عرض سیم 5MIL ، فاصله 3.8mil از صفحه مرجع ، ثابت دی الکتریک 4.2. مدل را انتخاب کنید ، در پارامترها جایگزین کنید و محاسبه بدون ضرر را انتخاب کنید ، همانطور که در شکل نشان داده شده است:

CoaTIng به معنای coaTIng است ، و در صورت عدم وجود coaTIng ، 0 را با ضخامت و 1 را در دی الکتریک (ثابت دی الکتریک) (هوا) پر کنید.

لایه زیرین مخفف لایه بستر است ، یعنی لایه دی الکتریک ، به طور کلی با استفاده از fr-4 ، ضخامت محاسبه شده توسط نرم افزار محاسبه امپدانس ، ثابت دی الکتریک 4.2 (فرکانس کمتر از 1 گیگاهرتز).

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

9. Prepreg/مفهوم اصلی لایه عایق:

PP (Prepreg) نوعی ماده دی الکتریک است که از فیبر شیشه و رزین اپوکسی تشکیل شده است. Core در واقع یک نوع رسانه PP است ، اما دو طرف آن با فویل مسی پوشانده شده است ، در حالی که PP اینگونه نیست. هنگام ساخت تخته های چند لایه ، معمولاً از هسته و PP با هم استفاده می شود و از PP برای اتصال بین هسته و هسته استفاده می شود.

10. مواردی که در طراحی لمینت PCB نیاز به توجه دارند

(1) مشکل پیچ خوردگی

طرح لایه PCB باید متقارن باشد ، یعنی ضخامت لایه متوسط ​​و لایه مسی هر لایه باید متقارن باشد. به عنوان مثال ، شش لایه را در نظر بگیرید ، ضخامت محیط بالای GND و قدرت پایین باید با ضخامت مس مطابقت داشته باشد ، و ضخامت محیط GND-L2 و L3-POWER باید با ضخامت مس مطابقت داشته باشد. این در هنگام لمینت تاب نمی خورد.

(2) لایه سیگنال باید محکم با سطح مرجع مجاور شود (یعنی ضخامت متوسط ​​بین لایه سیگنال و لایه پوشش مس مجاور باید بسیار کوچک باشد) ؛ پانسمان مسی قدرتمند و پانسمان مسی آسیاب شده باید محکم به هم متصل شوند.

(3) در مورد سرعت بسیار بالا ، می توان لایه های اضافی برای جداسازی لایه سیگنال اضافه کرد ، اما توصیه می شود چندین لایه قدرت را جدا نکنید ، که ممکن است باعث تداخل نویز غیر ضروری شود.

(4) توزیع لایه های معمولی طراحی چند لایه در جدول زیر نشان داده شده است:

(5) اصول کلی چیدمان لایه:

در زیر سطح جزء (لایه دوم) صفحه زمین قرار دارد که لایه محافظ دستگاه و صفحه مرجع سیم کشی لایه بالا را فراهم می کند.

تمام لایه های سیگنال تا آنجا که ممکن است در مجاورت سطح زمین قرار دارند.

تا حد امکان از مجاورت مستقیم بین دو لایه سیگنال خودداری کنید.

منبع تغذیه اصلی باید تا حد امکان مجاور باشد.

تقارن ساختار ورقه ورقه در نظر گرفته شده است.

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

(برای شرایط زیر 50MHZ ، لطفاً به آن مراجعه کرده و به طور مناسب آن را آرام کنید) ، اصل طرح پیشنهاد می شود:

سطح اجزاء و سطح جوشکاری سطح کامل (سپر) هستند.

بدون لایه سیم کشی موازی ؛

تمام لایه های سیگنال تا آنجا که ممکن است در مجاورت سطح زمین قرار دارند.

سیگنال کلیدی در مجاورت سازند قرار دارد و از منطقه تقسیم بندی عبور نمی کند.