With the increasing speed of PCB commutation de signal, les concepteurs de PCB d’aujourd’hui doivent comprendre et contrôler l’impédance des pistes 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.

Comment contrôler l’impédance du PCB

En pratique, il est nécessaire de contrôler l’impédance de trace lorsque la vitesse marginale numérique dépasse 1ns ou la fréquence analogique dépasse 300Mhz. L’un des paramètres clés d’une trace de PCB est son impédance caractéristique (le rapport tension/courant lorsque l’onde se déplace le long de la ligne de transmission du signal). L’impédance caractéristique du fil sur la carte de circuit imprimé est un indice important de la conception de la carte de circuit imprimé, en particulier dans la conception de circuits imprimés de circuits haute fréquence, il faut déterminer si l’impédance caractéristique du fil est cohérente avec l’impédance caractéristique requise par l’appareil ou le signal. This involves two concepts: impedance control and impedance matching. This paper focuses on impedance control and lamination design.

Contrôle d’impédance

Contrôle d’impédance, le conducteur de la carte de circuit imprimé aura toutes sortes de transmission de signal, afin d’améliorer le taux de transmission et doit augmenter sa fréquence, si la ligne elle-même en raison de la gravure, de l’épaisseur d’empilement, de la largeur du fil et d’autres facteurs différents, provoquera changement de valeur d’impédance, la distorsion du signal. Par conséquent, la valeur d’impédance du conducteur sur la carte de circuit imprimé à grande vitesse doit être contrôlée dans une certaine plage, connue sous le nom de « contrôle d’impédance ».

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. L’impédance du PCB varie de 25 à 120 ohms.

En pratique, une ligne de transmission PCB se compose généralement d’une trace, d’une ou plusieurs couches de référence et de matériaux isolants. Les traces et les couches forment l’impédance de contrôle. Les PCBS seront souvent multicouches et l’impédance de contrôle peut être construite de diverses manières. However, whatever method is used, the impedance value will be determined by its physical structure and the electrical properties of the insulating material:

Largeur et épaisseur de la trace du signal

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

Configuration de la trace et de la plaque

Insulation constants of core and prefilled materials

Les lignes de transmission PCB se présentent sous deux formes principales : Microstrip et Stripline.

Microstrip:

Une ligne microruban est une bande conductrice avec un plan de référence sur un seul côté, avec le dessus et les côtés exposés à l’air (ou revêtus), au-dessus de la surface de la carte de circuit Er à constante d’isolement, avec l’alimentation ou la mise à la terre comme référence. Comme indiqué ci-dessous:

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:

Une ligne ruban est un ruban de fil placé entre deux plans de référence, comme illustré dans la figure ci-dessous. Les constantes diélectriques du diélectrique représenté par H1 et H2 peuvent être différentes.

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. Et ainsi de suite.

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

Calculez d’abord le contrôle d’impédance à une extrémité de la ligne de données DDR :

TOP layer: 0.5oz copper thickness, 5MIL wire width, 3.8mil distance from the reference plane, dielectric constant 4.2. Sélectionnez le modèle, remplacez-le dans les paramètres et sélectionnez Calcul sans perte, comme indiqué sur la figure :

Revêtement signifie revêtement, et s’il n’y a pas de revêtement, remplissez 0 en épaisseur et 1 en diélectrique (constante diélectrique) (air).

Substrat signifie couche de substrat, c’est-à-dire couche diélectrique, utilisant généralement fr-4, épaisseur calculée par un logiciel de calcul d’impédance, constante diélectrique 4.2 (fréquence inférieure à 1 GHz).

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

9. Concept préimprégné/noyau de couche isolante :

Le PP (Prepreg) est une sorte de matériau diélectrique, composé de fibre de verre et de résine époxy. Le noyau est en fait un TYPE de support PP, mais ses deux côtés sont recouverts d’une feuille de cuivre, alors que le PP ne l’est pas. Lors de la fabrication de cartes multicouches, le noyau et le PP sont généralement utilisés ensemble, et le PP est utilisé pour la liaison entre le noyau et le noyau.

10. Questions nécessitant une attention particulière dans la conception de laminage PCB

(1) Problème de gauchissement

La conception de la couche de PCB doit être symétrique, c’est-à-dire que l’épaisseur de la couche moyenne et de la couche de cuivre de chaque couche doit être symétrique. Prenez six couches par exemple, l’épaisseur du support de puissance supérieure et inférieure doit être cohérente avec l’épaisseur du cuivre, ET celle des supports GND-L2 et L3-POWER doit être cohérente avec l’épaisseur du cuivre. Cela ne se déformera pas lors du laminage.

(2) La couche de signal doit être étroitement couplée au plan de référence adjacent (c’est-à-dire que l’épaisseur moyenne entre la couche de signal et la couche de revêtement de cuivre adjacente doit être très faible); Le dressage de cuivre de puissance et le dressage de cuivre de terre doivent être étroitement couplés.

(3) Dans le cas d’une vitesse très élevée, des couches supplémentaires peuvent être ajoutées pour isoler la couche de signal, mais il est recommandé de ne pas isoler plusieurs couches de puissance, ce qui peut provoquer des interférences parasites inutiles.

(4) La répartition des couches de conception stratifiées typiques est indiquée dans le tableau suivant :

(5) Principes généraux de disposition des couches :

Sous la surface du composant (la deuxième couche) se trouve le plan de masse, qui fournit la couche de blindage de l’appareil et le plan de référence pour le câblage de la couche supérieure ;

Toutes les couches de signal sont autant que possible adjacentes au plan de masse.

Éviter autant que possible la contiguïté directe entre deux couches de signal ;

L’alimentation principale doit être aussi adjacente que possible ;

La symétrie de la structure stratifiée est prise en compte.

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

(Pour les conditions inférieures à 50MHZ, veuillez vous y référer et l’assouplir de manière appropriée), le principe de mise en page est suggéré :

La surface des composants et la surface de soudage sont un plan de masse complet (blindage);

Pas de couche de câblage parallèle adjacente ;

Toutes les couches de signal sont autant que possible adjacentes au plan de masse.

Le signal clé est adjacent à la formation et ne traverse pas la zone de segmentation.