With the increasing speed of PCB conmutación de sinal, os deseñadores actuais de PCB precisan comprender e controlar a impedancia das trazas 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.

Como controlar a impedancia do PCB

Na práctica, é necesario controlar a impedancia de traza cando a velocidade dixital marxinal supera 1ns ou a frecuencia analóxica supera os 300Mhz. Un dos parámetros clave dunha traza de PCB é a súa impedancia característica (a relación entre a tensión e a corrente mentres a onda viaxa ao longo da liña de transmisión do sinal). A impedancia característica do fío na placa de circuíto impreso é un índice importante do deseño da placa de circuíto, especialmente no deseño de circuítos PCB de circuítos de alta frecuencia, débese considerar se a impedancia característica do fío é consistente coa impedancia característica requirida polo dispositivo ou o sinal. This involves two concepts: impedance control and impedance matching. This paper focuses on impedance control and lamination design.

Control da impedancia

Controlando a impedancia, o condutor da placa de circuíto terá todo tipo de transmisión de sinal, a fin de mellorar a velocidade de transmisión e debe aumentar a súa frecuencia, se a propia liña debido ao gravado, grosor de apilamento, ancho do fío e outros factores diferentes, causará cambio de valor de impedancia, a distorsión do sinal. Polo tanto, o valor de impedancia do condutor na placa de circuíto de alta velocidade debería controlarse nun determinado rango, coñecido como “control de impedancia”.

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. A impedancia do PCB varía de 25 a 120 ohmios.

Na práctica, unha liña de transmisión de PCB normalmente consta dun trazo, unha ou máis capas de referencia e materiais de illamento. Os trazos e capas forman a impedancia de control. O PCBS a miúdo será de varias capas e a impedancia de control pódese construír de varias maneiras. However, whatever method is used, the impedance value will be determined by its physical structure and the electrical properties of the insulating material:

Ancho e grosor da traza do sinal

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

Configuración de traza e placa

Insulation constants of core and prefilled materials

As liñas de transmisión de PCB presentan dúas formas principais: Microstrip e Stripline.

Microstrip:

Unha liña de microstrip é un condutor de tira cun plano de referencia só nun lado, coa parte superior e os lados expostos ao aire (ou revestidos), sobre a superficie da placa de circuíto Er constante de illamento, coa fonte de alimentación ou toma de terra como referencia. Como se mostra a continuación:

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:

Unha liña de cinta é unha cinta de arame situada entre dous planos de referencia, como se mostra na figura seguinte. As constantes dieléctricas do dieléctrico representadas por H1 e H2 poden ser diferentes.

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 así por diante.

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

Primeiro calcule o control de impedancia de extremo único da liña de datos DDR:

TOP layer: 0.5oz copper thickness, 5MIL wire width, 3.8mil distance from the reference plane, dielectric constant 4.2. Seleccione o modelo, substitúa nos parámetros e seleccione Cálculo sen perdas, como se mostra na figura:

CoaTIng significa coTIng e, se non hai coTIng, enche 0 de espesor e 1 en dieléctrico (constante dieléctrica) (aire).

Substrato significa capa de substrato, é dicir, capa dieléctrica, xeralmente usando fr-4, espesor calculado mediante software de cálculo de impedancia, constante dieléctrica 4.2 (frecuencia inferior a 1 GHz).

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

9. Concepto Prepreg / Core de capa de illamento:

O PP (Prepreg) é un tipo de material dieléctrico, composto por fibra de vidro e resina epoxi. O núcleo é realmente un TIPO de medio PP, pero os seus dous lados están cubertos con folla de cobre, mentres que o PP non. Cando se fabrican placas multicapa, o núcleo e o PP úsanse normalmente xuntos e o PP utilízase para enlazar entre o núcleo e o núcleo.

10. Asuntos que precisan atención no deseño de laminación de PCB

(1) Problema da páxina de guerra

O deseño da capa do PCB debe ser simétrico, é dicir, o espesor da capa media e a capa de cobre de cada capa deben ser simétricas. Tomemos seis capas, por exemplo, o espesor do medio GND superior e inferior debe ser consistente co espesor do cobre, E o do medio GND-L2 e L3-POWER debe ser consistente co espesor do cobre. Isto non se deformará ao laminar.

(2) A capa de sinal debe estar ben unida ao plano de referencia adxacente (é dicir, o espesor medio entre a capa de sinal e a capa de revestimento de cobre adxacente debe ser moi pequeno); O apósito de cobre eléctrico e o apósito de cobre moído deben estar ben acoplados.

(3) No caso de velocidade moi alta, pódense engadir capas adicionais para illar a capa de sinal, pero recoméndase non illar varias capas de potencia, o que pode causar interferencias de ruído innecesarias.

(4) A distribución das capas de deseño laminadas típicas móstrase na seguinte táboa:

(5) Principios xerais de disposición das capas:

Debaixo da superficie compoñente (a segunda capa) está o plano de terra, que proporciona a capa de protección do dispositivo e o plano de referencia para o cableado da capa superior;

Todas as capas de sinal están adxacentes ao plano terrestre na medida do posible.

Evite a adxacencia directa entre dúas capas de sinal na medida do posible;

A fonte de alimentación principal debería ser o máis adxacente posible;

Ten en conta a simetría da estrutura do laminado.

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

(Para condicións inferiores a 50 MHz, refírao e relaxalo adecuadamente), suxírese o principio de disposición:

A superficie dos compoñentes e a superficie de soldadura son planos de chan completos (blindaxe);

Non hai capa de cableado paralelo adxacente;

Todas as capas de sinal están adxacentes ao plano terrestre na medida do posible.

O sinal clave está adxacente á formación e non cruza a zona de segmentación.