With the increasing speed of PCB signal switching, today’s PCB designers need to understand and control the impedance of PCB traces. 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 임피던스를 제어하는 ​​방법

실제로는 디지털 한계 속도가 1ns를 초과하거나 아날로그 주파수가 300Mhz를 초과하는 경우 트레이스 임피던스를 제어해야 합니다. PCB 트레이스의 주요 매개변수 중 하나는 특성 임피던스(파동이 신호 전송 라인을 따라 이동할 때 전류에 대한 전압의 비율)입니다. 인쇄회로기판에 있는 전선의 특성 임피던스는 회로기판 설계의 중요한 지표이며, 특히 고주파 회로의 PCB 설계에서 전선의 특성 임피던스가 장치나 신호에서 요구하는 특성 임피던스와 일치하는지 여부를 고려해야 합니다. This involves two concepts: impedance control and impedance matching. This paper focuses on impedance control and lamination design.

임피던스 제어

E임피던스 제어, 회로 기판의 도체는 전송 속도를 향상시키기 위해 모든 종류의 신호 전송을 가지며, 에칭, 적층 두께, 와이어 폭 및 기타 다른 요인으로 인해 라인 자체가 원인이 되는 경우 주파수를 증가시켜야 합니다. 임피던스 값 변경, 신호 왜곡. 따라서 고속 회로 기판의 도체 임피던스 값은 “임피던스 제어”로 알려진 특정 범위 내에서 제어되어야 합니다.

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. PCB 임피던스 범위는 25~120옴입니다.

실제로 PCB 전송 라인은 일반적으로 트레이스, 하나 이상의 참조 레이어 및 절연 재료로 구성됩니다. 트레이스와 레이어는 제어 임피던스를 형성합니다. PCBS는 종종 다층적이며 제어 임피던스는 다양한 방식으로 구성될 수 있습니다. However, whatever method is used, the impedance value will be determined by its physical structure and the electrical properties of the insulating material:

Width and thickness of signal trace

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

트레이스 및 플레이트 구성

Insulation constants of core and prefilled materials

PCB 전송 라인은 Microstrip과 Stripline의 두 가지 주요 형태로 제공됩니다.

Microstrip:

마이크로스트립 라인은 절연 상수 Er 회로 기판의 표면 위의 공기에 노출된(또는 코팅된) 상단과 측면이 있는 한쪽 면에만 기준면이 있는 스트립 도체이며 전원 공급 장치 또는 접지를 기준으로 합니다. 아래 그림과 같이:

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:

스트립라인:

리본 라인은 아래 그림과 같이 두 참조 평면 사이에 배치된 와이어 리본입니다. H1 및 H2로 표시되는 유전체의 유전 상수는 다를 수 있습니다.

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. 등등.

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

First calculate the single-end impedance control of DDR data line:

TOP layer: 0.5oz copper thickness, 5MIL wire width, 3.8mil distance from the reference plane, dielectric constant 4.2. 그림과 같이 모델을 선택하고 매개변수를 대체하고 무손실 계산을 선택합니다.

코팅이란 코팅을 의미하며, 코팅이 없을 경우 두께는 0, 유전율(유전율)(공기)은 1로 채운다.

기판은 기판층, 즉 유전층을 의미하며 일반적으로 fr-4를 사용하며 임피던스 계산 소프트웨어로 계산한 두께, 유전율 4.2(1GHz 미만의 주파수)를 사용합니다.

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

9. 절연층의 프리프레그/코어 개념:

PP(Prepreg)는 유리섬유와 에폭시 수지로 구성된 일종의 유전체입니다. Core는 실제로 PP 매체의 TYPE이지만 양면은 동박으로 덮여 있지만 PP는 그렇지 않습니다. 다층기판을 만들 때 보통 코어와 PP를 함께 사용하고, 코어와 코어를 접합하기 위해 PP를 사용합니다.

10. PCB 적층 설계 시 주의사항

(1) 휨 문제

PCB의 레이어 디자인은 대칭이어야 합니다. 즉, 각 레이어의 중간 레이어와 구리 레이어의 두께가 대칭이어야 합니다. 예를 들어 2개의 레이어를 취하면 상단 GND 및 하단 전원 매체의 두께는 구리의 두께와 일치해야 하고 GND-L3 및 LXNUMX-POWER 매체의 두께는 구리의 두께와 일치해야 합니다. 이것은 라미네이팅할 때 뒤틀리지 않습니다.

(2) 신호층은 인접한 기준면과 단단히 결합되어야 합니다(즉, 신호층과 인접한 구리 코팅층 사이의 중간 두께는 매우 작아야 함). 전원 구리 드레싱과 접지 구리 드레싱은 단단히 결합되어야 합니다.

(3) 초고속의 경우 신호층을 분리하기 위해 추가 레이어를 추가할 수 있지만 불필요한 노이즈 간섭을 유발할 수 있으므로 다중 전력 레이어를 분리하지 않는 것이 좋습니다.

(4) 일반적인 적층 디자인 레이어의 분포는 다음 표에 나와 있습니다.

(5) 레이어 배열의 일반 원칙:

구성 요소 표면(두 번째 레이어) 아래에는 장치 차폐 레이어와 최상층 배선을 위한 기준 평면을 제공하는 접지면이 있습니다.

모든 신호 레이어는 가능한 한 접지면에 인접해 있습니다.

가능한 두 신호 레이어 사이의 직접적인 인접성을 피하십시오.

주 전원 공급 장치는 가능한 한 인접해야 합니다.

라미네이트 구조의 대칭이 고려됩니다.

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 이하의 조건에서는 이를 참고하여 적절히 이완시켜 주십시오.) 레이아웃 원칙은 다음과 같습니다.

부품 표면과 용접 표면은 완전한 접지면(쉴드)입니다.

인접한 병렬 배선층이 없습니다.

모든 신호 레이어는 가능한 한 접지면에 인접해 있습니다.

주요 신호는 대형에 인접하고 분할 영역을 교차하지 않습니다.