With the increasing speed of PCB switching sinyal, desainer PCB saat ini perlu memahami dan mengontrol impedansi jejak 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.

Bagaimana mengontrol impedansi PCB

Dalam praktiknya, perlu untuk mengontrol jejak impedansi ketika kecepatan marginal digital melebihi 1ns atau frekuensi analog melebihi 300Mhz. Salah satu parameter kunci dari jejak PCB adalah impedansi karakteristiknya (rasio tegangan terhadap arus saat gelombang berjalan di sepanjang jalur transmisi sinyal). Impedansi karakteristik kawat pada papan sirkuit tercetak merupakan indeks penting dari desain papan sirkuit, terutama dalam desain PCB sirkuit frekuensi tinggi, harus dipertimbangkan apakah impedansi karakteristik kawat konsisten dengan impedansi karakteristik yang dibutuhkan oleh perangkat atau sinyal. This involves two concepts: impedance control and impedance matching. This paper focuses on impedance control and lamination design.

Kontrol impedansi

Kontrol Eimpedansi, konduktor di papan sirkuit akan memiliki semua jenis transmisi sinyal, untuk meningkatkan laju transmisi dan harus meningkatkan frekuensinya, jika saluran itu sendiri karena etsa, ketebalan susun, lebar kawat dan faktor lain yang berbeda, akan menyebabkan perubahan nilai impedansi, distorsi sinyal. Oleh karena itu, nilai impedansi konduktor pada papan sirkuit kecepatan tinggi harus dikontrol dalam kisaran tertentu, yang dikenal sebagai “kontrol impedansi”.

The impedance of a PCB trace will be determined by its inductive and capacitive inductance, resistance, and conductivity coefficient. Faktor utama yang mempengaruhi impedansi kabel PCB adalah: lebar kawat tembaga, ketebalan kawat tembaga, konstanta dielektrik medium, ketebalan medium, ketebalan pad, jalur kabel ground, kabel di sekitar kabel , dll. Impedansi PCB berkisar antara 25 hingga 120 ohm.

Dalam praktiknya, jalur transmisi PCB biasanya terdiri dari jejak, satu atau lebih lapisan referensi, dan bahan insulasi. Jejak dan lapisan membentuk impedansi kontrol. PCB sering kali berlapis-lapis, dan impedansi kontrol dapat dibuat dengan berbagai cara. However, whatever method is used, the impedance value will be determined by its physical structure and the electrical properties of the insulating material:

Lebar dan ketebalan jejak sinyal

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

Konfigurasi jejak dan pelat

Insulation constants of core and prefilled materials

Jalur transmisi PCB datang dalam dua bentuk utama: Microstrip dan Stripline.

Microstrip:

Garis mikrostrip adalah konduktor strip dengan bidang referensi hanya pada satu sisi, dengan bagian atas dan sisi terkena udara (atau dilapisi), di atas permukaan papan sirkuit Er konstan isolasi, dengan catu daya atau ground sebagai referensi. Seperti yang ditunjukkan di bawah ini:

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:

Garis garis:

Garis pita adalah pita kawat yang ditempatkan di antara dua bidang referensi, seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Konstanta dielektrik dari dielektrik yang diwakili oleh H1 dan H2 dapat berbeda.

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. Dan sebagainya.

SI9000 digunakan untuk menghitung apakah persyaratan kontrol impedansi terpenuhi:

Pertama hitung kontrol impedansi ujung tunggal dari jalur data DDR:

TOP layer: 0.5oz copper thickness, 5MIL wire width, 3.8mil distance from the reference plane, dielectric constant 4.2. Pilih model, ganti parameter, dan pilih Lossless Calculation, seperti yang ditunjukkan pada gambar:

Pelapisan berarti pelapisan, dan jika tidak ada pelapisan, isi 0 dengan ketebalan dan 1 dalam dielektrik (konstanta dielektrik) (udara).

Substrate adalah singkatan dari substrat layer, yaitu lapisan dielektrik, umumnya menggunakan fr-4, ketebalan dihitung dengan software perhitungan impedansi, konstanta dielektrik 4.2 (frekuensi kurang dari 1GHz).

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

9. Konsep Prepreg / Inti dari lapisan isolasi:

PP (Prepreg) adalah sejenis bahan dielektrik, terdiri dari serat kaca dan resin epoksi. Core sebenarnya adalah JENIS media PP, tetapi kedua sisinya dilapisi dengan foil tembaga, sedangkan PP tidak. Saat membuat papan multilayer, inti dan PP biasanya digunakan bersama, dan PP digunakan untuk mengikat antara inti dan inti.

10. Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam desain laminasi PCB

(1) masalah Warpage

Desain lapisan PCB harus simetris, yaitu ketebalan lapisan sedang dan lapisan tembaga setiap lapisan harus simetris. Ambil enam lapisan misalnya, ketebalan media GND atas dan daya bawah harus konsisten dengan ketebalan tembaga, DAN media GND-L2 dan L3-POWER harus konsisten dengan ketebalan tembaga. Ini tidak akan melengkung saat dilaminasi.

(2) Lapisan sinyal harus digabungkan dengan erat dengan bidang referensi yang berdekatan (yaitu, ketebalan sedang antara lapisan sinyal dan lapisan lapisan tembaga yang berdekatan harus sangat kecil); Pembalut tembaga daya dan pembalut tembaga giling harus dipasangkan dengan erat.

(3) Dalam hal kecepatan yang sangat tinggi, lapisan tambahan dapat ditambahkan untuk mengisolasi lapisan sinyal, tetapi disarankan untuk tidak mengisolasi beberapa lapisan daya, yang dapat menyebabkan gangguan kebisingan yang tidak perlu.

(4) Distribusi lapisan desain laminasi tipikal ditunjukkan pada tabel berikut:

(5) Prinsip umum susunan lapisan:

Di bawah permukaan komponen (lapisan kedua) adalah bidang tanah, yang menyediakan lapisan pelindung perangkat dan bidang referensi untuk kabel lapisan atas;

Semua lapisan sinyal berdekatan dengan bidang tanah sejauh mungkin.

Hindari kedekatan langsung antara dua lapisan sinyal sejauh mungkin;

Catu daya utama harus sedekat mungkin;

Simetri struktur laminasi diperhitungkan.

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

(Untuk kondisi di bawah 50MHz, silakan lihat dan rileks dengan benar), prinsip tata letak disarankan:

Permukaan komponen dan permukaan las adalah ground plane (perisai);

Tidak ada lapisan kabel paralel yang berdekatan;

Semua lapisan sinyal berdekatan dengan bidang tanah sejauh mungkin.

Sinyal kunci berdekatan dengan formasi dan tidak melintasi zona segmentasi.