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.

Kako kontrolirati impedanciju PCB -a?

U praksi je potrebno kontrolirati impedanciju traga kada digitalna granična brzina prelazi 1ns ili analogna frekvencija prelazi 300Mhz. Jedan od ključnih parametara traga PCB -a je njegova karakteristična impedancija (omjer napona i struje dok val putuje duž linije prijenosa signala). Karakteristična impedancija žice na tiskanoj ploči važan je pokazatelj dizajna pločica, posebno u dizajnu PCB -a visokofrekventnog kruga, mora se uzeti u obzir je li karakteristična impedancija žice u skladu s karakterističnom impedancijom koju zahtijeva uređaj ili signal. This involves two concepts: impedance control and impedance matching. This paper focuses on impedance control and lamination design.

Kontrola impedancije

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. Therefore, the impedance value of the conductor on the high-speed circuit board should be controlled within a certain range, known as “impedance control”.

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. Impedancija PCB -a kreće se od 25 do 120 ohma.

U praksi, prijenosni vod za PCB obično se sastoji od traga, jednog ili više referentnih slojeva i izolacijskih materijala. Tragovi i slojevi tvore upravljačku impedanciju. PCBS će često biti višeslojni, a upravljačka impedancija može se konstruirati na različite načine. 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

Konfiguracija traga i ploče

Insulation constants of core and prefilled materials

PCB prijenosni vodovi dolaze u dva glavna oblika: Microstrip i Stripline.

Microstrip:

Mikrotrakasta linija je trakasti vodič s referentnom ravninom samo s jedne strane, s vrhom i bočnim stranama izloženim zraku (ili premazanim), iznad površine ploče s konstantnom izolacijom Er, s naponom ili uzemljenjem kao referencom. Kako je prikazano dolje:

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:

Linija vrpce je vrpca od žice postavljena između dvije referentne ravnine, kao što je prikazano na donjoj slici. Dielektrične konstante dielektrika predstavljene s H1 i H2 mogu biti različite.

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. I tako dalje.

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. Odaberite model, zamijenite parametre i odaberite Proračun bez gubitaka, kao što je prikazano na slici:

ZAŠTITA znači ZAŠTITA, a ako nema premaza, ispunite 0 u debljini i 1 u dielektriku (dielektrična konstanta) (zrak).

Podloga označava sloj podloge, odnosno dielektrični sloj, općenito koristeći fr-4, debljina izračunata softverom za proračun impedancije, dielektrična konstanta 4.2 (frekvencija manja od 1 GHz).

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

9. Prepreg/Core koncept izolacijskog sloja:

PP (Prepreg) je vrsta dielektričnog materijala, sastavljen od staklenih vlakana i epoksidne smole. Jezgra je zapravo TIP PP materijala, ali su joj dvije strane prekrivene bakrenom folijom, dok PP nije. Pri izradi višeslojnih ploča jezgra i PP obično se koriste zajedno, a PP se koristi za povezivanje jezgre i jezgre.

10. Pitanja na koja je potrebno obratiti pozornost u dizajnu laminiranja PCB -a

(1) Problem Warpage

Dizajn sloja PCB -a trebao bi biti simetričan, odnosno debljina srednjeg sloja i bakrenog sloja svakog sloja trebala bi biti simetrična. Na primjer, uzmite šest slojeva, debljina gornjeg GND i donjeg izvora energije trebala bi biti u skladu s debljinom bakra, a debljina medija GND-L2 i L3-POWER trebala bi biti u skladu s debljinom bakra. To se neće iskriviti pri laminiranju.

(2) Signalni sloj treba biti čvrsto spojen sa susjednom referentnom ravninom (to jest, debljina medija između signalnog sloja i susjednog sloja bakrene prevlake mora biti vrlo mala); Snažni bakreni preljev i mljeveni bakreni preljev trebaju biti čvrsto povezani.

(3) U slučaju vrlo velike brzine, mogu se dodati dodatni slojevi za izolaciju sloja signala, ali se preporučuje da se ne izolira više slojeva snage, što može uzrokovati nepotrebne smetnje.

(4) Raspodjela tipičnih lameliranih slojeva dizajna prikazana je u sljedećoj tablici:

(5) Opća načela rasporeda slojeva:

Ispod površine komponente (drugi sloj) nalazi se ravnina zemlje koja pruža zaštitni sloj uređaja i referentnu ravninu za ožičenje gornjeg sloja;

Svi slojevi signala su u najvećoj mogućoj mjeri u susjedstvu s tlom.

Izbjegavajte izravno susjedstvo između dva sloja signala što je više moguće;

Glavni izvor napajanja trebao bi biti što je moguće susjedniji;

Uzima se u obzir simetrija strukture laminata.

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

(Za uvjete ispod 50 MHz, molimo vas da ga pogledate i opustite na odgovarajući način), predlaže se princip izgleda:

Površina sastavnog dijela i površina za zavarivanje su potpuna ravnina tla (štit);

Nema susjednog paralelnog sloja ožičenja;

Svi slojevi signala su u najvećoj mogućoj mjeri u susjedstvu s tlom.

Ključni signal nalazi se u blizini formacije i ne prelazi zonu segmentacije.