With the increasing speed of PCB 信号スイッチング、今日のPCB設計者は、PCBトレースのインピーダンスを理解して制御する必要があります。 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.

PCBインピーダンスを制御する方法

実際には、デジタル限界速度が1nsを超える場合、またはアナログ周波数が300Mhzを超える場合は、トレースインピーダンスを制御する必要があります。 PCBトレースの重要なパラメータのXNUMXつは、その特性インピーダンス（波が信号伝送ラインに沿って伝わるときの電圧と電流の比率）です。 プリント回路基板上のワイヤの特性インピーダンスは、回路基板設計の重要な指標であり、特に高周波回路のPCB設計では、ワイヤの特性インピーダンスがデバイスまたは信号に必要な特性インピーダンスと一致しているかどうかを考慮する必要があります。 This involves two concepts: impedance control and impedance matching. This paper focuses on impedance control and lamination design.

インピーダンス制御

インピーダンス制御、回路基板の導体は、伝送速度を向上させるためにあらゆる種類の信号伝送を行い、エッチング、積層厚さ、線幅、およびその他のさまざまな要因によるライン自体が原因である場合は、その周波数を上げる必要がありますインピーダンス値の変化、信号の歪み。 したがって、高速回路基板上の導体のインピーダンス値は、「インピーダンス制御」と呼ばれる特定の範囲内で制御する必要があります。

The impedance of a PCB trace will be determined by its inductive and capacitive inductance, resistance, and conductivity coefficient. PCB配線のインピーダンスに影響を与える主な要因は、銅線の幅、銅線の太さ、媒体の誘電率、媒体の厚さ、パッドの厚さ、アース線の経路、配線の周囲の配線です。 、 NS。 PCBインピーダンスの範囲は25〜120オームです。

実際には、PCB伝送ラインは通常、トレース、XNUMXつまたは複数の参照層、および絶縁材料で構成されます。 トレースと層が制御インピーダンスを形成します。 PCBSは多くの場合多層であり、制御インピーダンスはさまざまな方法で構築できます。 However, whatever method is used, the impedance value will be determined by its physical structure and the electrical properties of the insulating material:

信号トレースの幅と厚さ

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

トレースとプレートの構成

Insulation constants of core and prefilled materials

PCB伝送ラインには、マイクロストリップとストリップラインのXNUMXつの主要な形式があります。

Microstrip:

マイクロストリップラインは、片側だけに基準面があり、上面と側面が空気にさらされている（またはコーティングされている）、絶縁定数Er回路基板の表面の上にあるストリップ導体で、電源または接地が基準になっています。 以下に示すように：

注：実際のPCB製造では、ボードメーカーは通常、PCBの表面をグリーンオイルの層でコーティングします。したがって、実際のインピーダンス計算では、通常、以下に示すモデルが表面マイクロストリップラインの計算に使用されます。

ストリップライン：

リボンラインは、次の図に示すように、1つの参照面の間に配置されたワイヤーのリボンです。 H2とHXNUMXで表される誘電体の誘電率は異なる場合があります。

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. のように。

SI9000は、インピーダンス制御要件が満たされているかどうかを計算するために使用されます。

まず、DDRデータラインのシングルエンドインピーダンス制御を計算します。

TOP layer: 0.5oz copper thickness, 5MIL wire width, 3.8mil distance from the reference plane, dielectric constant 4.2. 図に示すように、モデルを選択し、パラメーターを代入して、ロスレス計算を選択します。

コーティングとはコーティングを意味し、コーティングがない場合は、厚さを0、誘電率（誘電率）（空気）を1と記入します。

基板は、基板層、つまり誘電体層を表し、一般にfr-4を使用し、厚さはインピーダンス計算ソフトウェアによって計算され、誘電率4.2（周波数は1GHz未満）です。

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

9.絶縁層のプリプレグ/コアコンセプト：

PP（プリプレグ）は、ガラス繊維とエポキシ樹脂で構成された誘電体の一種です。 コアは実際にはPP媒体の一種ですが、PPはそうではないのに対し、その両側は銅箔で覆われています。 多層基板を作る場合、通常、コアとPPは一緒に使用され、PPはコアとコアの間の結合に使用されます。

10.PCBラミネーション設計で注意が必要な事項

（1）反りの問題

PCBの層設計は対称的である必要があります。つまり、各層の中層と銅層の厚さは対称的である必要があります。 たとえば、2層を例にとると、上部GNDと下部電力媒体の厚さは銅の厚さと一致している必要があり、GND-L3とLXNUMX-POWER媒体の厚さは銅の厚さと一致している必要があります。 これは、ラミネート時に反りません。

（2）信号層は、隣接する基準面と緊密に結合する必要があります（つまり、信号層と隣接する銅コーティング層の間の中間の厚さは非常に薄くする必要があります）。 パワー銅ドレッシングとグラウンド銅ドレッシングはしっかりと結合する必要があります。

（3）非常に高速の場合、信号層を分離するために追加の層を追加できますが、不要なノイズ干渉を引き起こす可能性がある複数の電力層を分離しないことをお勧めします。

（4）代表的な積層設計層の分布を次の表に示します。

（5）層配置の一般原則：

コンポーネント表面（第XNUMX層）の下にはグランドプレーンがあり、デバイスのシールド層と最上層の配線の基準面を提供します。

すべての信号層は、可能な限りグランドプレーンに隣接しています。

XNUMXつの信号層間の直接隣接は可能な限り避けてください。

主電源は可能な限り隣接している必要があります。

ラミネート構造の対称性が考慮されます。

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

（50MHZ未満の条件については、それを参照して適切に緩和してください）、レイアウトの原則をお勧めします。

コンポーネント表面と溶接表面は完全なグランドプレーン（シールド）です。

隣接する並列配線層はありません。

すべての信号層は、可能な限りグランドプレーンに隣接しています。

キー信号はフォーメーションに隣接しており、セグメンテーションゾーンを通過しません。