With the increasing speed of PCB החלפת אותות, מעצבי ה- PCB של היום צריכים להבין ולשלוט על העכבה של עקבות 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.

כיצד לשלוט על עכבת ה- PCB

בפועל, יש צורך לשלוט על עכבת עקבות כאשר מהירות השוליים הדיגיטלית עולה על 1ns או התדר האנלוגי עולה על 300Mhz. אחד הפרמטרים המרכזיים של עקבות PCB הוא העכבה האופיינית לו (יחס המתח והזרם כשהגל עובר לאורך קו שידור האות). העכבה האופיינית לחוט על הלוח המודפס היא מדד חשוב לעיצוב לוח המעגלים, במיוחד בעיצוב PCB של מעגל בתדר גבוה, יש לשקול האם העכבה האופיינית לחוט עולה בקנה אחד עם העכבה האופיינית הנדרשת מהמכשיר או האות. This involves two concepts: impedance control and impedance matching. This paper focuses on impedance control and lamination design.

בקרת עכבה

בקרת EImpedance, למוליך בלוח המעגלים יהיו כל מיני שידור אותות, על מנת לשפר את קצב השידור ועליו להגדיל את תדירותו, אם הקו עצמו עקב תחריט, עובי הערימה, רוחב החוט וגורמים שונים אחרים, יגרום שינוי ערך העכבה, עיוות האות. לכן, יש לשלוט בערך העכבה של המוליך בלוח המעגלים המהירים בטווח מסוים, המכונה “בקרת עכבה”.

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. עכבת PCB נעה בין 25 ל -120 אוהם.

בפועל, קו ההולכה של PCB מורכב בדרך כלל ממעקב, שכבת הפניה אחת או יותר, וחומרי בידוד. עקבות ושכבות מהווים את עכבת השליטה. PCBS לרוב יהיה רב שכבתי, וניתן לבנות את עכבת הבקרה במגוון דרכים. However, whatever method is used, the impedance value will be determined by its physical structure and the electrical properties of the insulating material:

רוחב ועובי עקבות האות

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

תצורת עקבות ולוח

Insulation constants of core and prefilled materials

קווי ההולכה של PCB מגיעים בשתי צורות עיקריות: Microstrip ו- Stripline.

Microstrip:

קו רצועת מיקרו הוא מוליך רצועות עם מישור התייחסות בצד אחד בלבד, כשהחלק העליון והצדדים חשופים לאוויר (או מצופים), מעל פני הלוח הקבוע של הבידוד Er, עם אספקת החשמל או הארקה כהפניה. כפי שמוצג מטה:

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:

רצועה:

קו סרט הוא סרט חוט הממוקם בין שני מטוסי התייחסות, כפי שמוצג באיור להלן. הקבועים הדיאלקטריים של הדיאלקטרי המיוצגים על ידי H1 ו- H2 יכולים להיות שונים.

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. וכן הלאה.

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

תחילה חשב את בקרת העכבה היחידה של קו הנתונים של DDR:

TOP layer: 0.5oz copper thickness, 5MIL wire width, 3.8mil distance from the reference plane, dielectric constant 4.2. בחר את המודל, החלף בפרמטרים ובחר חישוב ללא אובדן, כפי שמוצג באיור:

CoaTIng פירושו coaTIng, ואם אין coaTIng, מלא 0 בעובי ו -1 בדיאלקטרי (קבוע דיאלקטרי) (אוויר).

המצע מייצג שכבת מצע, כלומר שכבה דיאלקטרית, בדרך כלל באמצעות fr-4, עובי המחושב על ידי תוכנת חישוב עכבה, קבוע דיאלקטרי 4.2 (תדר פחות מ -1 GHz).

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

9. מושג Prepreg/Core של שכבת הבידוד:

PP (Prepreg) הוא סוג של חומר דיאלקטרי, המורכב מסיבי זכוכית ושרף אפוקסי. הליבה היא למעשה סוג של מדיום PP, אך שני הצדדים שלה מכוסים בנייר נחושת, בעוד ש- PP לא. בעת ייצור לוחות רב שכבתיים, הליבה וה- PP משמשים בדרך כלל יחד, ו- PP משמש לקשר בין הליבה לליבה.

10. נושאים הדורשים תשומת לב בעיצוב למינציה של PCB

(1) בעיית Warpage

עיצוב השכבה של ה- PCB צריך להיות סימטרי, כלומר עובי השכבה הבינונית ושכבת הנחושת של כל שכבה צריכה להיות סימטרית. קח למשל שש שכבות, עובי המדיום העליון-GND והתחתון בעל עוצמה תחתונה צריך להיות עקבי עם עובי הנחושת, וזה של המדיום GND-L2 ו- L3-POWER צריך להיות עקבי עם עובי הנחושת. זה לא יתעוות בעת למינציה.

(2) שכבת האות צריכה להיות מקושרת היטב למישור ההתייחסות הסמוך (כלומר, עובי הבינוני בין שכבת האות לשכבת ציפוי הנחושת הסמוכה צריך להיות קטן מאוד); רוטב נחושת כוח וחבישת נחושת טחונה צריכים להיות מצמידים היטב.

(3) במקרה של מהירות גבוהה מאוד, ניתן להוסיף שכבות נוספות כדי לבודד את שכבת האות, אך מומלץ לא לבודד שכבות כוח מרובות, מה שעלול לגרום להפרעות רעש מיותרות.

(4) התפלגות שכבות עיצוב למינציה טיפוסיות מוצגת בטבלה הבאה:

(5) עקרונות כלליים של סידור שכבות:

מתחת למשטח הרכיב (השכבה השנייה) נמצא מישור הקרקע, המספק את שכבת הסיכוך של המכשיר ואת מטוס ההתייחסות לחיווט השכבה העליונה;

כל שכבות האות צמודות למישור הקרקע ככל האפשר.

הימנע מקרוב ישיר בין שתי שכבות האות;

ספק הכוח הראשי צריך להיות סמוך ככל האפשר;

הסימטריה של מבנה הלמינציה נלקחת בחשבון.

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

(לתנאים מתחת 50 מגה -הרץ, עיין בו והרגע אותו כראוי), מוצע עקרון הפריסה:

משטח רכיב ומשטח ריתוך הם מטוס קרקע מלא (מגן);

אין שכבת חיווט מקבילה סמוכה;

כל שכבות האות צמודות למישור הקרקע ככל האפשר.

אות המפתח צמוד להיווצרות ואינו חוצה את אזור הפילוח.