With the increasing speed of ПХБ-ийн 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.

ПХБ -ийн эсэргүүцлийг хэрхэн хянах вэ

In practice, it is necessary to control trace impedance when digital marginal speed exceeds 1ns or analog frequency exceeds 300Mhz. ПХБ -ийн ул мөрийн гол үзүүлэлтүүдийн нэг бол түүний эсэргүүцлийн эсэргүүцэл юм (долгион нь дохио дамжуулах шугамын дагуу дамжих үед хүчдэл ба гүйдлийн харьцаа). Хэвлэмэл хэлхээний самбар дээрх утасны онцлог эсэргүүцэл нь хэлхээний самбарын дизайны чухал үзүүлэлт бөгөөд ялангуяа өндөр давтамжийн хэлхээний ПХБ -ийн дизайны хувьд утасны импеданс нь төхөөрөмж эсвэл дохионы шаардлагатай эсэргүүцлийн эсэргүүцэлтэй нийцэж байгаа эсэхийг анхаарч үзэх хэрэгтэй. This involves two concepts: impedance control and impedance matching. This paper focuses on impedance control and lamination design.

Импеданс хяналт

EImpedance Controling, the conductor in the circuit board will have all kinds of signal transmission, in order to improve the transmission rate and must increase its frequency, if the line itself due to etching, stacking thickness, wire width and other different factors, will cause impedance value change, the signal distortion. Therefore, the impedance value of the conductor on the high-speed circuit board should be controlled within a certain range, known as “impedance control”.

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. ПХБ -ийн эсэргүүцэл нь 25-120 ом хооронд хэлбэлздэг.

In practice, a PCB transmission line usually consists of a trace, one or more reference layers, and insulation materials. Traces and layers form the control impedance. PCBS нь ихэвчлэн олон давхаргат байх бөгөөд хяналтын эсэргүүцлийг янз бүрийн аргаар хийж болно. 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

Мөр ба хавтангийн тохиргоо

Insulation constants of core and prefilled materials

ПХБ -ийн дамжуулах шугам нь хоёр үндсэн хэлбэртэй байдаг: Microstrip ба Stripline.

Microstrip:

Бичил зурвасын шугам нь зөвхөн нэг талдаа лавлах хавтгайтай, дээд ба тал нь агаарт (эсвэл бүрсэн), тусгаарлагчийн тогтмол Эр хэлхээний хавтангийн гадаргуугаас дээш, цахилгаан хангамж эсвэл газардуулгыг лавлагаа болгон ашигладаг туузан дамжуулагч юм. Доор үзүүлсэн шиг:

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:

Stripline:

A ribbon line is a ribbon of wire placed between two reference planes, as shown in the figure below. The dielectric constants of the dielectric represented by H1 and H2 can be different.

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. Тиймээ.

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. Select the model, substitute in the parameters, and select Lossless Calculation, as shown in the figure:

CoaTIng гэдэг нь хамтрах гэсэн утгатай бөгөөд хэрэв огт байхгүй бол 0 зузаантай, 1 диэлектрик (диэлектрик тогтмол) (агаар) дүүргэнэ.

Субстрат гэдэг нь субстрат давхарга, өөрөөр хэлбэл диэлектрик давхарга бөгөөд ерөнхийдөө fr-4 ашиглан импеданс тооцох програм хангамжаар тооцоолсон зузаан, диэлектрик тогтмол 4.2 (давтамж 1ГГц-ээс бага) гэсэн утгатай.

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

9. Prepreg/Core concept of insulation layer:

PP (Prepreg) нь шилэн эслэг, эпокси давирхайнаас бүрдсэн нэг төрлийн диэлектрик материал юм. Гол нь үнэн хэрэгтээ PP дунд зэргийн төрөл боловч хоёр тал нь зэс тугалган цаасаар хучигдсан байдаг бол PP нь тийм биш юм. Олон давхаргат хавтанг хийхдээ гол ба PP -ийг ихэвчлэн хамтад нь ашигладаг бөгөөд PP ба цөмийг хооронд нь холбоход ашигладаг.

10. ПХБ -ийн давхаргын хийц дизайнд анхаарал хандуулах шаардлагатай асуудлууд

(1) Хуудасны асуудал

ПХБ -ийн давхаргын загвар нь тэгш хэмтэй байх ёстой, өөрөөр хэлбэл дунд давхарга ба зэсийн давхаргын зузаан нь тэгш хэмтэй байх ёстой. Зургаан давхаргаар жишээ авбал GND-ийн дээд ба доод хэсгийн тэжээлийн зузаан нь зэсийн зузаантай, GND-L2 ба L3-POWER-ийн зузаан нь зэсийн зузаантай нийцэж байх ёстой. Ламинат хийх үед энэ нь гажихгүй.

(2) Дохионы давхарга нь зэргэлдээх лавлах хавтгайтай нягт холбогдсон байх ёстой (өөрөөр хэлбэл дохионы давхарга ба зэргэлдээ зэс бүрэх давхаргын хоорондох зузаан нь маш бага байх ёстой); Цахилгаан зэсийн боолт ба газрын зэсийн боолтыг хооронд нь нягт холбох ёстой.

(3) Маш өндөр хурдтай тохиолдолд дохионы давхаргыг тусгаарлах нэмэлт давхаргыг нэмж болох боловч дуу чимээний шаардлагагүй хөндлөнгийн оролцоог үүсгэж болох олон тооны цахилгаан давхаргыг тусгаарлахгүй байхыг зөвлөж байна.

(4) Ердийн ламинатан дизайны давхаргын тархалтыг дараах хүснэгтэд үзүүлэв.

(5) Давхаргын зохион байгуулалтын ерөнхий зарчим:

Бүрэлдэхүүн хэсгийн гадаргуугийн доор (хоёр дахь давхарга) газрын хавтгай байрладаг бөгөөд энэ нь төхөөрөмжийн хамгаалалтын давхарга ба дээд давхаргын утаснуудын лавлах хавтгайг өгдөг;

Бүх дохионы давхаргууд аль болох газрын гадаргуутай зэргэлдээ байрладаг.

Аль болох хоёр дохионы давхаргын хооронд шууд зэргэлдээ байхаас зайлсхийх;

Үндсэн цахилгаан хангамж нь аль болох зэргэлдээ байх ёстой;

Ламинатын бүтцийн тэгш хэмийг харгалзан үздэг.

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 -ээс доош нөхцөлд үүнийг үзээд зохих ёсоор нь тайвшруулна уу), зохион байгуулалтын зарчмыг санал болгож байна.

Бүрэлдэхүүн хэсгийн гадаргуу ба гагнуурын гадаргуу нь бүрэн газрын хавтгай (бамбай);

Зэргэлдээ зэрэгцээ утас давхарга байхгүй;

Бүх дохионы давхаргууд аль болох газрын гадаргуутай зэргэлдээ байрладаг.

Түлхүүр дохио нь формацтай зэргэлдээ бөгөөд сегментчилсэн бүсийг огтлолцдоггүй.