With the increasing speed of PCB სიგნალის გადართვა, დღევანდელი PCB დიზაინერებმა უნდა გაიგონ და გააკონტროლონ PCB კვალის წინაღობა. 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.

როგორ გავაკონტროლოთ PCB წინაღობა

პრაქტიკაში აუცილებელია კვალი წინაღობის კონტროლი, როდესაც ციფრული ზღვრული სიჩქარე აღემატება 1ns ან ანალოგური სიხშირე აღემატება 300Mhz. PCB კვალის ერთ -ერთი მთავარი პარამეტრია მისი დამახასიათებელი წინაღობა (ძაბვის თანაფარდობა დენთან, როდესაც ტალღა მოძრაობს სიგნალის გადამცემი ხაზის გასწვრივ). მავთულის დამახასიათებელი წინაღობა დაბეჭდილ მიკროსქემის დაფაზე არის მიკროსქემის დაფის დიზაინის მნიშვნელოვანი მაჩვენებელი, განსაკუთრებით მაღალი სიხშირის მიკროსქემის PCB დიზაინში, გასათვალისწინებელია, შეესაბამება თუ არა მავთულის დამახასიათებელი წინაღობა მოწყობილობასთან ან სიგნალთან დაკავშირებულ მახასიათებელ წინაღობასთან. This involves two concepts: impedance control and impedance matching. This paper focuses on impedance control and lamination design.

წინაღობის კონტროლი

იმპულსურობის კონტროლი, მიკროსქემის გამტარს ექნება ყველა სახის სიგნალის გადაცემა, რათა გააუმჯობესოს გადაცემის სიჩქარე და უნდა გაზარდოს მისი სიხშირე, თუ თვითონ ხაზი გრავირების, დაწყობის სისქის, მავთულის სიგანისა და სხვა ფაქტორების გამო გამოიწვევს წინაღობის მნიშვნელობის შეცვლა, სიგნალის დამახინჯება. ამიტომ, მაღალი სიჩქარის მიკროსქემის გამტარუნარიანობის წინაღობის მნიშვნელობა უნდა კონტროლდებოდეს გარკვეულ დიაპაზონში, რომელიც ცნობილია როგორც “წინაღობის კონტროლი”.

The impedance of a PCB trace will be determined by its inductive and capacitive inductance, resistance, and conductivity coefficient. ძირითადი ფაქტორები, რომლებიც გავლენას ახდენენ PCB გაყვანილობის წინაღობაზეა: სპილენძის მავთულის სიგანე, სპილენძის მავთულის სისქე, საშუალო დიელექტრიკული მუდმივი, საშუალო სისქე, ბალიშის სისქე, მიწის მავთულის გზა, გაყვანილობა გაყვანილობის გარშემო და ა.შ. PCB წინაღობა მერყეობს 25 -დან 120 ომამდე.

პრაქტიკაში, PCB გადამცემი ხაზი ჩვეულებრივ შედგება კვალი, ერთი ან მეტი საცნობარო ფენა და საიზოლაციო მასალები. კვალი და ფენები ქმნიან საკონტროლო წინაღობას. PCBS ხშირად იქნება მრავალ ფენიანი და კონტროლის წინაღობა შეიძლება აშენდეს სხვადასხვა გზით. However, whatever method is used, the impedance value will be determined by its physical structure and the electrical properties of the insulating material:

სიგნალის კვალის სიგანე და სისქე

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

კვალი და ფირფიტის კონფიგურაცია

Insulation constants of core and prefilled materials

PCB გადამცემი ხაზები მოდის ორი ძირითადი ფორმით: Microstrip და Stripline.

Microstrip:

მიკროსტრიპის ხაზი არის ზოლის გამტარებელი, რომელსაც აქვს საცნობარო სიბრტყე მხოლოდ ერთ მხარეს, ზემოდან და გვერდებით ჰაერით (ან დაფარული), საიზოლაციო მუდმივი Er მიკროსქემის დაფის ზედაპირზე, დენის წყაროსთან ან მიწასთან ერთად. Როგორც ქვემოთაა ნაჩვენები:

შენიშვნა: PCB– ს რეალურ წარმოებაში, დაფის მწარმოებელი ჩვეულებრივ დაფარავს PCB– ს ზედაპირს მწვანე ზეთის ფენით, ამიტომ ფაქტობრივი წინაღობის გაანგარიშებისას, ქვემოთ ნაჩვენები მოდელი ჩვეულებრივ გამოიყენება ზედაპირის მიკროსტრიპის ხაზის გამოსათვლელად:

ზოლები:

ლენტის ხაზი არის მავთულის ლენტი, რომელიც მოთავსებულია ორ საცნობარო სიბრტყეს შორის, როგორც ეს მოცემულია ქვემოთ მოცემულ ფიგურაში. დიელექტრიკის დიელექტრიკული მუდმივები H1 და H2 გამოსახულებით შეიძლება განსხვავებული იყოს.

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. და ასე შემდეგ.

SI9000 გამოიყენება გამოსათვლელად, შეესაბამება თუ არა წინაღობის კონტროლის მოთხოვნებს:

პირველი გამოთვალეთ DDR მონაცემთა ხაზის ერთჯერადი წინაღობის კონტროლი:

ზედა ფენა: 0.5oz სპილენძის სისქე, 5MIL მავთულის სიგანე, 3.8mil მანძილი საცნობარო სიბრტყიდან, დიელექტრიკული მუდმივი 4.2. შეარჩიეთ მოდელი, შეცვალეთ პარამეტრებში და შეარჩიეთ ზარალის ანაზღაურება, როგორც ეს მოცემულია ფიგურაში:

კოატინგი ნიშნავს კოატინგს და თუ არ არსებობს კოატიგი, შეავსეთ 0 სისქეში და 1 დიელექტრიკაში (დიელექტრიკული მუდმივა) (ჰაერი).

სუბსტრატი ნიშნავს სუბსტრატის ფენას, ანუ დიელექტრიკულ ფენას, ზოგადად fr-4 გამოყენებით, სისქე გამოითვლება წინაღობის გამოთვლის პროგრამული უზრუნველყოფით, დიელექტრიკული მუდმივი 4.2 (სიხშირე 1 გჰც-ზე ნაკლები).

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

9. საიზოლაციო ფენის წინასწარი/ძირითადი კონცეფცია:

PP (Prepreg) არის ერთგვარი დიელექტრიკული მასალა, რომელიც შედგება მინის ბოჭკოს და ეპოქსიდური ფისისგან. ბირთვი რეალურად არის PP საშუალების ტიპი, მაგრამ მისი ორი მხარე დაფარულია სპილენძის კილიტა, ხოლო PP არა. მრავალშრიანი დაფების დამზადებისას, ბირთვი და PP ჩვეულებრივ გამოიყენება ერთად, ხოლო PP გამოიყენება ბირთვსა და ბირთვს შორის დასაკავშირებლად.

10. საკითხები, რომლებიც საჭიროებენ ყურადღებას PCB ლამინირების დიზაინში

(1) Warpage პრობლემა

PCB- ის ფენის დიზაინი უნდა იყოს სიმეტრიული, ანუ საშუალო ფენის სისქე და თითოეული ფენის სპილენძის ფენა უნდა იყოს სიმეტრიული. ავიღოთ ექვსი ფენა, მაგალითად, ზედა GND და ქვედა სიმძლავრის საშუალო სისქე უნდა შეესაბამებოდეს სპილენძის სისქეს, ხოლო GND-L2 და L3-POWER საშუალო უნდა იყოს სპილენძის სისქესთან. ლამინირებისას ეს არ დაიძაბება.

(2) სიგნალის ფენა მჭიდროდ უნდა იყოს შერწყმული მიმდებარე საცნობარო სიბრტყესთან (ანუ სიგნალის ფენასა და მიმდებარე სპილენძის საფარის ფენას შორის საშუალო სისქე უნდა იყოს ძალიან მცირე); ძლიერი სპილენძის გასახდელი და დაფქვილი სპილენძის გასახდელი მჭიდროდ უნდა იყოს დაკავშირებული.

(3) ძალიან მაღალი სიჩქარის შემთხვევაში, დამატებითი ფენების დამატება შესაძლებელია სიგნალის ფენის გამოსაყოფად, მაგრამ რეკომენდირებულია არ გამოვყოთ ენერგიის მრავალი ფენა, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს ხმაურის არასაჭირო ჩარევა.

(4) ტიპიური ლამინირებული დიზაინის ფენების განაწილება ნაჩვენებია შემდეგ ცხრილში:

(5) ფენის მოწყობის ზოგადი პრინციპები:

კომპონენტის ზედაპირის ქვემოთ (მეორე ფენა) არის მიწის სიბრტყე, რომელიც უზრუნველყოფს მოწყობილობის დამცავ ფენას და ზედა ფენის გაყვანილობის საცნობარო სიბრტყეს;

სიგნალის ყველა ფენა შეძლებისდაგვარად მიმდებარეა მიწის სიბრტყესთან.

შეძლებისდაგვარად მოერიდეთ სიგნალის ორ ფენას შორის უშუალო სიახლოვეს;

ძირითადი ელექტრომომარაგება უნდა იყოს მაქსიმალურად მიმდებარე;

მხედველობაში მიიღება ლამინატის სტრუქტურის სიმეტრია.

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– ზე დაბალ პირობებში მიმართეთ მას და სათანადოდ დაისვენეთ), შემოთავაზებულია განლაგების პრინციპი:

კომპონენტის ზედაპირი და შედუღების ზედაპირი არის სრული მიწის სიბრტყე (ფარი);

მიმდებარე პარალელურად გაყვანილობის ფენა არ არის;

სიგნალის ყველა ფენა შეძლებისდაგვარად მიმდებარეა მიწის სიბრტყესთან.

საკვანძო სიგნალი ფორმირების მიმდებარეა და არ კვეთს სეგმენტაციის ზონას.