Con l’aumentare della velocità di PCB commutazione del segnale, i progettisti di PCB di oggi devono comprendere e controllare l’impedenza delle tracce del PCB. In corrispondenza dei tempi di trasmissione del segnale più brevi e delle frequenze di clock più elevate dei moderni circuiti digitali, le tracce PCB non sono più semplici connessioni, ma linee di trasmissione.

Come controllare l’impedenza del PCB

In pratica, è necessario controllare l’impedenza di traccia quando la velocità marginale digitale supera 1ns o la frequenza analogica supera 300Mhz. Uno dei parametri chiave di una traccia PCB è la sua impedenza caratteristica (il rapporto tra tensione e corrente mentre l’onda viaggia lungo la linea di trasmissione del segnale). L’impedenza caratteristica del filo sul circuito stampato è un indice importante della progettazione del circuito stampato, specialmente nella progettazione PCB del circuito ad alta frequenza, si deve considerare se l’impedenza caratteristica del filo è coerente con l’impedenza caratteristica richiesta dal dispositivo o dal segnale. Ciò implica due concetti: controllo dell’impedenza e adattamento dell’impedenza. Questo documento si concentra sul controllo dell’impedenza e sulla progettazione della laminazione.

Controllo dell’impedenza

EImpedance Controling, il conduttore nel circuito avrà tutti i tipi di trasmissione del segnale, al fine di migliorare la velocità di trasmissione e deve aumentare la sua frequenza, se la linea stessa a causa di incisione, spessore dell’impilamento, larghezza del filo e altri fattori diversi, causerà variazione del valore di impedenza, la distorsione del segnale. Pertanto, il valore dell’impedenza del conduttore sul circuito ad alta velocità dovrebbe essere controllato entro un certo intervallo, noto come “controllo dell’impedenza”.

L’impedenza di una traccia PCB sarà determinata dalla sua induttanza induttiva e capacitiva, resistenza e coefficiente di conduttività. I principali fattori che influenzano l’impedenza del cablaggio PCB sono: la larghezza del filo di rame, lo spessore del filo di rame, la costante dielettrica del mezzo, lo spessore del mezzo, lo spessore del pad, il percorso del filo di terra, il cablaggio attorno al cablaggio , eccetera. L’impedenza del PCB varia da 25 a 120 ohm.

In pratica, una linea di trasmissione PCB di solito è costituita da una traccia, uno o più strati di riferimento e materiali isolanti. Tracce e strati formano l’impedenza di controllo. I PCB saranno spesso multistrato e l’impedenza di controllo può essere costruita in vari modi. Tuttavia, qualunque sia il metodo utilizzato, il valore dell’impedenza sarà determinato dalla sua struttura fisica e dalle proprietà elettriche del materiale isolante:

Larghezza e spessore della traccia del segnale

L’altezza dell’anima o del materiale di preriempimento su entrambi i lati della traccia

Configurazione di traccia e piastra

Costanti di isolamento del nucleo e dei materiali preriempiti

Le linee di trasmissione PCB sono disponibili in due forme principali: Microstrip e Stripline.

Microstriscia:

Una linea a microstriscia è un conduttore a nastro con un piano di riferimento su un solo lato, con la parte superiore e i lati esposti all’aria (o rivestiti), al di sopra della superficie del circuito Er costante di isolamento, con l’alimentazione o la messa a terra come riferimento. Come mostrato di seguito:

Nota: nella produzione effettiva di PCB, il produttore della scheda di solito ricopre la superficie del PCB con uno strato di olio verde, quindi nel calcolo dell’impedenza effettiva, il modello mostrato di seguito viene solitamente utilizzato per il calcolo della linea di microstriscia di superficie:

stripline:

Una linea a nastro è un nastro di filo posto tra due piani di riferimento, come mostrato nella figura sottostante. Le costanti dielettriche del dielettrico rappresentato da H1 e H2 possono essere diverse.

I due esempi precedenti sono solo una tipica dimostrazione di linee a microstriscia e linee a nastro. Esistono molti tipi di linee di microstrip e linee di nastro specifiche, come le linee di microstrip rivestite, che sono correlate alla struttura laminata specifica del PCB.

Le equazioni utilizzate per calcolare le impedenze caratteristiche richiedono calcoli matematici complessi, solitamente utilizzando metodi di risoluzione sul campo, inclusa l’analisi degli elementi di contorno, quindi utilizzando il software di calcolo dell’impedenza specializzato SI9000, tutto ciò che dobbiamo fare è controllare i parametri delle impedenze caratteristiche:

Costante dielettrica Er, larghezza cablaggio W1, W2 (trapezoidale), spessore cablaggio T e spessore dello strato isolante H.

W1, W2:

Il valore calcolato deve essere all’interno della casella rossa. E così via.

SI9000 viene utilizzato per calcolare se i requisiti di controllo dell’impedenza sono soddisfatti:

Calcolare prima il controllo dell’impedenza single-end della linea dati DDR:

Strato SUPERIORE: spessore rame 0.5 once, larghezza filo 5 MIL, distanza 3.8 mil dal piano di riferimento, costante dielettrica 4.2. Selezionare il modello, sostituire i parametri e selezionare Calcolo senza perdite, come mostrato in figura:

Rivestimento significa rivestimento, e se non c’è rivestimento, riempire 0 di spessore e 1 di dielettrico (costante dielettrica) (aria).

Substrato sta per strato di substrato, cioè strato dielettrico, generalmente utilizzando fr-4, spessore calcolato dal software di calcolo dell’impedenza, costante dielettrica 4.2 (frequenza inferiore a 1GHz).

Fare clic su Peso (oz) per impostare lo spessore dello strato di rame, che determina lo spessore del cavo.

9. Concetto di preimpregnato/nucleo dello strato isolante:

Il PP (Prepreg) è un tipo di materiale dielettrico, composto da fibra di vetro e resina epossidica. Il nucleo è in realtà un TIPO di mezzo PP, ma i suoi due lati sono coperti con un foglio di rame, mentre il PP non lo è. Quando si realizzano pannelli multistrato, l’anima e il PP vengono solitamente utilizzati insieme e il PP viene utilizzato per legare tra l’anima e l’anima.

10. Questioni che richiedono attenzione nella progettazione della laminazione del PCB

(1) Problema di deformazione

Il design dello strato del PCB dovrebbe essere simmetrico, ovvero lo spessore dello strato medio e dello strato di rame di ogni strato dovrebbe essere simmetrico. Prendi ad esempio sei strati, lo spessore del mezzo di potenza superiore e inferiore dovrebbe essere coerente con lo spessore del rame, E quello del mezzo GND-L2 e L3-POWER dovrebbe essere coerente con lo spessore del rame. Questo non si deformerà durante la laminazione.

(2) Lo strato di segnale dovrebbe essere strettamente accoppiato con il piano di riferimento adiacente (ovvero, lo spessore medio tra lo strato di segnale e lo strato di rivestimento in rame adiacente dovrebbe essere molto piccolo); La medicazione in rame di potenza e la medicazione in rame di terra devono essere strettamente accoppiate.

(3) In caso di velocità molto elevate, è possibile aggiungere ulteriori livelli per isolare il livello del segnale, ma si consiglia di non isolare più livelli di potenza, che potrebbero causare interferenze di rumore non necessarie.

(4) La distribuzione degli strati di design laminati tipici è mostrata nella tabella seguente:

(5) Principi generali della disposizione degli strati:

Al di sotto della superficie del componente (il secondo strato) si trova il piano di massa, che fornisce lo strato di schermatura del dispositivo e il piano di riferimento per il cablaggio dello strato superiore;

Tutti i livelli di segnale sono il più possibile adiacenti al piano di massa.

Evitare il più possibile l’adiacenza diretta tra due livelli di segnale;

L’alimentatore principale dovrebbe essere il più vicino possibile;

Viene presa in considerazione la simmetria della struttura del laminato.

Per il layout del livello della scheda madre, è difficile per la scheda madre esistente controllare il cablaggio parallelo a lunga distanza e la frequenza di lavoro del livello della scheda è superiore a 50 MHZ

(Per condizioni inferiori a 50 MHZ, fare riferimento ad esso e rilassarlo in modo appropriato), si suggerisce il principio di layout:

La superficie del componente e la superficie di saldatura sono piano di massa completo (schermo);

Nessuno strato di cablaggio parallelo adiacente;

Tutti i livelli di segnale sono il più possibile adiacenti al piano di massa.

Il segnale chiave è adiacente alla formazione e non attraversa la zona di segmentazione.