With the increasing speed of PCB signalbytte, dagens PCB -designere må forstå og kontrollere impedansen til PCB -spor. Tilsvarende de kortere signaloverføringstider og høyere klokkehastigheter for moderne digitale kretser, er ikke PCB -spor lenger enkle forbindelser, men overføringslinjer.

Hvordan kontrollere PCB -impedans

I praksis er det nødvendig å kontrollere sporimpedans når digital marginalhastighet overstiger 1ns eller analog frekvens overstiger 300Mhz. En av nøkkelparametrene til et PCB -spor er dens karakteristiske impedans (forholdet mellom spenning og strøm når bølgen beveger seg langs signaloverføringslinjen). Ledningens karakteristiske impedans på kretskort er en viktig indeks for kretskortdesign, spesielt i PCB -design av høyfrekvent krets, må det vurderes om ledningens karakteristiske impedans er i samsvar med den karakteristiske impedansen som kreves av enhet eller signal. This involves two concepts: impedance control and impedance matching. This paper focuses on impedance control and lamination design.

Impedansekontroll

EImpedance Controling, lederen i kretskortet vil ha alle slags signaloverføringer, for å forbedre overføringshastigheten og må øke frekvensen, hvis selve linjen på grunn av etsing, stablingstykkelse, trådbredde og andre forskjellige faktorer, vil forårsake endring av impedansverdi, signalforvrengning. Derfor bør impedansverdien til lederen på høyhastighets kretskortet kontrolleres innenfor et visst område, kjent som “impedansstyring”.

The impedance of a PCB trace will be determined by its inductive and capacitive inductance, resistance, and conductivity coefficient. De viktigste faktorene som påvirker impedansen til PCB -ledninger er: bredden på kobbertråd, tykkelsen på kobbertråd, den dielektriske konstanten til mediet, tykkelsen på mediet, tykkelsen på puten, banen til jordledningen, ledningene rundt ledningene , etc. PCB -impedans varierer fra 25 til 120 ohm.

I praksis består en PCB -overføringsledning vanligvis av et spor, ett eller flere referanselag og isolasjonsmaterialer. Spor og lag danner kontrollimpedansen. PCBS vil ofte være flerlags, og kontrollimpedansen kan konstrueres på en rekke måter. However, whatever method is used, the impedance value will be determined by its physical structure and the electrical properties of the insulating material:

Bredden og tykkelsen på signalsporet

Høyden på kjernen eller påfyllingsmaterialet på hver side av sporet

Konfigurasjon av spor og plate

Insulation constants of core and prefilled materials

PCB -overføringslinjer kommer i to hovedformer: Microstrip og Stripline.

Microstrip:

En mikrostriplinje er en båndleder med et referanseplan på bare den ene siden, med toppen og sidene utsatt for luft (eller belagt), over overflaten på isolasjonskonstanten Er -kretskort, med strømforsyningen eller jording som referanse. Som vist under:

Merk: Ved faktisk PCB -produksjon belegger brettprodusenten vanligvis overflaten av PCB med et lag med grønn olje, så ved faktisk impedansberegning brukes modellen som vises nedenfor vanligvis for overflatemikrostripelinjeberegning:

Stripline:

En båndlinje er et bånd av wire plassert mellom to referanseplan, som vist på figuren nedenfor. De dielektriske konstantene til dielektrikumet representert ved H1 og H2 kan være forskjellige.

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. Og så videre.

SI9000 brukes til å beregne om impedansstyringskravene er oppfylt:

Beregn først en-ende-impedansstyringen til DDR-datalinjen:

ØVERSTE lag: 0.5 oz kobbertykkelse, 5 MIL trådbredde, 3.8 mil avstand fra referanseplanet, dielektrisk konstant 4.2. Velg modellen, erstatt i parameterne, og velg Lossless Calculation, som vist på figuren:

CoATIng betyr coaTIng, og hvis det ikke er coaTIng, fyll 0 i tykkelse og 1 i dielectric (dielektrisk konstant) (luft).

Substrat står for substratlag, det vil si dielektrisk lag, vanligvis ved bruk av fr-4, tykkelse beregnet av impedansberegningsprogramvare, dielektrisk konstant 4.2 (frekvens mindre enn 1 GHz).

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

9. Prepreg/Core -konseptet med isolasjonslag:

PP (Prepreg) er en slags dielektrisk materiale, sammensatt av glassfiber og epoksyharpiks. Kjernen er egentlig en TYPE av PP -medium, men de to sidene er dekket med kobberfolie, mens PP ikke er det. Når du lager flerlagsplater, brukes kjerne og PP vanligvis sammen, og PP brukes til å binde mellom kjerne og kjerne.

10. Saker som trenger oppmerksomhet i PCB -laminering

(1) Warpage -problem

Lagdesignet til PCB skal være symmetrisk, det vil si at tykkelsen på middels lag og kobberlag i hvert lag skal være symmetrisk. Ta for eksempel seks lag, tykkelsen på topp-GND og bunnkraftmediet bør være i samsvar med tykkelsen på kobber, OG det til GND-L2 og L3-POWER-mediet bør være i samsvar med tykkelsen på kobber. Dette vil ikke bøye seg ved laminering.

(2) Signallaget bør være tett koblet til det tilstøtende referanseplanet (det vil si at medium tykkelse mellom signallaget og det tilstøtende kobberbelegglaget skal være veldig lite); Kobberdressing og slipt kobberdressing bør være tett koblet.

(3) Ved svært høy hastighet kan ekstra lag legges til for å isolere signallaget, men det anbefales ikke å isolere flere kraftlag, noe som kan forårsake unødvendig støy.

(4) Fordelingen av typiske laminerte designlag er vist i følgende tabell:

(5) Generelle prinsipper for lagoppstilling:

Under komponentoverflaten (det andre laget) er grunnplanet, som gir enheten beskyttelseslag og referanseplan for det øverste lagets ledninger;

Alle signallag ligger så langt som mulig ved siden av grunnplanet.

Unngå direkte tilknytning mellom to signallag så langt som mulig;

Hovedstrømforsyningen skal være så nærliggende som mulig;

Symmetri med laminatstruktur tas i betraktning.

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

(For forhold under 50MHZ, vennligst referer til det og slapp det av på riktig måte), er layoutprinsippet foreslått:

Komponentoverflate og sveiseflate er komplett jordplan (skjold);

Ingen tilstøtende parallelt ledningslag;

Alle signallag ligger så langt som mulig ved siden av grunnplanet.

Nøkkelsignalet ligger ved siden av formasjonen og krysser ikke segmenteringssonen.