Kā kontrolēt PCB pretestību

Palielinoties ātrumam PCB signālu pārslēgšanai, mūsdienu PCB dizaineriem ir jāsaprot un jākontrolē PCB pēdu pretestība. Atbilstoši īsākiem signālu pārraides laikiem un augstākiem pulksteņa ātrumiem mūsdienu digitālajās shēmās, PCB pēdas vairs nav vienkārši savienojumi, bet gan pārraides līnijas.

Praksē ir nepieciešams kontrolēt izsekojamības pretestību, ja digitālais robežas ātrums pārsniedz 1ns vai analogā frekvence pārsniedz 300 MHz. Viens no galvenajiem PCB izsekošanas parametriem ir tā raksturīgā pretestība (sprieguma un strāvas attiecība viļņam virzoties gar signāla pārraides līniju). Stieples raksturīgā pretestība uz iespiedshēmas plates ir svarīgs shēmas plates konstrukcijas indekss, jo īpaši augstas frekvences shēmas PCB konstrukcijā, jāņem vērā, vai stieples raksturīgā pretestība atbilst raksturīgajai pretestībai, ko pieprasa ierīce vai signāls. Tas ietver divus jēdzienus: pretestības kontrole un pretestības saskaņošana. Šis dokuments koncentrējas uz pretestības kontroli un laminēšanas dizainu.

Impedances kontrole

Eimpedances vadība, shēmas plates vadītājam būs visu veidu signālu pārraide, lai uzlabotu pārraides ātrumu, un tai ir jāpalielina frekvence, ja pati līnija iegravēšanas, sakraušanas biezuma, stieples platuma un citu dažādu faktoru dēļ impedances vērtības izmaiņas, signāla izkropļojumi. Tāpēc ātrgaitas shēmas plates vadītāja pretestības vērtība ir jākontrolē noteiktā diapazonā, kas pazīstams kā “pretestības kontrole”.

PCB trases pretestību noteiks tās induktīvā un kapacitatīvā induktivitāte, pretestība un vadītspējas koeficients. Galvenie faktori, kas ietekmē PCB vadu pretestību, ir: vara stieples platums, vara stieples biezums, barotnes dielektriskā konstante, barotnes biezums, spilventiņa biezums, zemējuma stieples ceļš, elektroinstalācija ap vadu utt. PCB pretestība svārstās no 25 līdz 120 omiem.

Praksē PCB pārvades līnija parasti sastāv no pēdas, viena vai vairākiem atskaites slāņiem un izolācijas materiāliem. Pēdas un slāņi veido kontroles pretestību. PCBS bieži būs daudzslāņu, un kontroles pretestību var veidot dažādos veidos. Tomēr neatkarīgi no izmantotās metodes pretestības vērtību noteiks tās fiziskā struktūra un izolācijas materiāla elektriskās īpašības:

Signāla pēdas platums un biezums

Kodola vai iepriekš uzpildītā materiāla augstums abās pēdas pusēs

Izsekošanas un plāksnes konfigurācija

Galveno un iepriekš uzpildīto materiālu izolācijas konstantes

PCB pārvades līnijas ir divās galvenajās formās: Microstrip un Stripline.

Mikro sloksne:

Mikrolīniju līnija ir sloksnes vadītājs ar atskaites plakni tikai vienā pusē, augšpusē un sānos pakļaujot gaisu (vai pārklājot) virs izolācijas konstantās Er shēmas plates virsmas, kā atskaiti izmantojot barošanas avotu vai zemējumu. Kā parādīts zemāk:

Piezīme. Faktiskajā PCB ražošanā plākšņu ražotājs parasti pārklāj PCB virsmu ar zaļās eļļas slāni, tāpēc faktiskās pretestības aprēķinos virsmas mikrolīniju līnijas aprēķināšanai parasti tiek izmantots tālāk parādītais modelis:

Stripline:

Lentes līnija ir stieples lente, kas novietota starp divām atskaites plaknēm, kā parādīts attēlā zemāk. Dielektriķa dielektriskās konstantes, ko attēlo H1 un H2, var būt atšķirīgas.

Iepriekš minētie divi piemēri ir tikai tipisks mikrolīniju līniju un lentes līniju demonstrējums. Ir daudz veidu specifisku mikrolīniju līniju un lentu līniju, piemēram, pārklātu mikrolīniju līnijas, kas ir saistītas ar specifisko PCB laminēto struktūru.

Raksturīgo pretestību aprēķināšanai izmantotie vienādojumi prasa sarežģītus matemātiskus aprēķinus, parasti izmantojot lauka risināšanas metodes, tostarp robežu elementu analīzi, tāpēc, izmantojot specializēto pretestības aprēķināšanas programmatūru SI9000, viss, kas mums jādara, ir kontrolēt raksturīgo pretestību parametrus:

Dielektriskā konstante Er, vadu platums W1, W2 (trapecveida), vadu biezums T un izolācijas slāņa biezums H.

W1, W2:

Aprēķinātajai vērtībai jābūt sarkanajā lodziņā. Un tā tālāk.

SI9000 izmanto, lai aprēķinātu, vai ir izpildītas pretestības kontroles prasības:

Vispirms aprēķiniet DDR datu līnijas vienas puses pretestības kontroli:

TOP slānis: 0.5oz vara biezums, 5MIL stieples platums, 3.8mil attālums no atskaites plaknes, dielektriskā konstante 4.2. Izvēlieties modeli, aizstājiet parametros un atlasiet Lossless Calculation, kā parādīts attēlā:

Koagulācija nozīmē saķeri, un, ja tā nav, aizpildiet 0 biezumā un 1 dielektriskā (dielektriskā konstante) (gaiss).

Pamatne apzīmē substrāta slāni, tas ir, dielektrisko slāni, parasti izmantojot fr-4, biezums aprēķināts ar pretestības aprēķināšanas programmatūru, dielektriskā konstante 4.2 (frekvence mazāka par 1 GHz).

Noklikšķiniet uz Svars (oz), lai iestatītu vara slāņa biezumu, kas nosaka kabeļa biezumu.

9. Izolācijas slāņa Prepreg/Core koncepcija:

PP (Prepreg) ir sava veida dielektrisks materiāls, kas sastāv no stikla šķiedras un epoksīda sveķiem. Kodols patiesībā ir PP barotnes VEIDS, bet tā abas puses ir pārklātas ar vara foliju, bet PP nav. Izgatavojot daudzslāņu plāksnes, serdi un PP parasti izmanto kopā, un PP izmanto, lai savienotu starp serdi un serdi.

10. Jautājumi, kuriem jāpievērš uzmanība PCB laminēšanas dizainā

(1) Traucējuma problēma

PCB slāņa konstrukcijai jābūt simetriskai, tas ir, katra slāņa vidējā slāņa un vara slāņa biezumam jābūt simetriskam. Piemēram, ņemiet sešus slāņus, augšējās GND un apakšējās jaudas barotnes biezumam jāatbilst vara biezumam, UN GND-L2 un L3-POWER barotnes biezumam jāatbilst vara biezumam. Laminējot, tas netiks deformēts.

(2) Signāla slānim jābūt cieši savienotam ar blakus esošo atskaites plakni (tas ir, vidējam biezumam starp signāla slāni un blakus esošo vara pārklājuma slāni jābūt ļoti mazam); Vara vara pārsējs un maltais vara pārsējs ir cieši jāsavieno.

(3) Ļoti liela ātruma gadījumā signāla slāņa izolēšanai var pievienot papildu slāņus, taču nav ieteicams izolēt vairākus jaudas slāņus, kas var radīt nevajadzīgus trokšņa traucējumus.

(4) Tipisko laminēto dizaina slāņu sadalījums ir parādīts šajā tabulā:

(5) Slāņu izkārtojuma vispārīgie principi:

Zem detaļas virsmas (otrais slānis) atrodas iezemējuma plakne, kas nodrošina ierīces aizsargslāni un atskaites plakni augšējā slāņa vadiem;

Visi signāla slāņi pēc iespējas atrodas blakus iezemētajai plaknei.

Cik vien iespējams, izvairieties no divu signālu slāņu tiešas tuvuma;

Galvenajam barošanas avotam jābūt pēc iespējas tuvāk;

Tiek ņemta vērā lamināta struktūras simetrija.

Mātesplates slāņu izkārtojumam esošajai mātesplatei ir grūti kontrolēt paralēlo tālsatiksmes vadu, un plates līmeņa darba frekvence ir virs 50 MHz

(Apstākļos, kas ir zemāki par 50 MHz, lūdzu, skatiet to un attiecīgi atslābiniet), tiek ieteikts izkārtojuma princips:

Sastāvdaļas virsma un metināšanas virsma ir pilnībā iezemēta (vairogs);

Nav blakus paralēlas elektroinstalācijas slāņa;

Visi signāla slāņi pēc iespējas atrodas blakus iezemētajai plaknei.