With the increasing speed of PCB comutarea semnalului, proiectanții PCB de astăzi trebuie să înțeleagă și să controleze impedanța urmelor PCB. Corespunzător timpilor mai scurți de transmisie a semnalului și ratelor de ceas mai mari ale circuitelor digitale moderne, urmele PCB nu mai sunt conexiuni simple, ci linii de transmisie.

Cum se controlează impedanța PCB

În practică, este necesar să controlați impedanța de urmărire atunci când viteza digitală marginală depășește 1ns sau frecvența analogică depășește 300Mhz. Unul dintre parametrii cheie ai unei urme PCB este impedanța sa caracteristică (raportul dintre tensiune și curent pe măsură ce unda se deplasează de-a lungul liniei de transmisie a semnalului). Impedanța caracteristică a firului de pe placa de circuit imprimat este un indice important al proiectării plăcilor de circuite, în special în proiectarea PCB a circuitelor de înaltă frecvență, trebuie luat în considerare dacă impedanța caracteristică a firului este în concordanță cu impedanța caracteristică cerută de dispozitiv sau semnal. This involves two concepts: impedance control and impedance matching. This paper focuses on impedance control and lamination design.

Controlul impedanței

Controlul Eimpedanței, conductorul de pe placa de circuit va avea tot felul de transmisii de semnal, pentru a îmbunătăți rata de transmisie și trebuie să-și mărească frecvența, dacă linia însăși datorită gravării, grosimii stivuirii, lățimii firului și altor factori diferiți, va provoca schimbarea valorii impedanței, distorsiunea semnalului. Prin urmare, valoarea impedanței conductorului de pe placa de circuit de mare viteză trebuie controlată într-un anumit interval, cunoscut sub numele de „control al impedanței”.

The impedance of a PCB trace will be determined by its inductive and capacitive inductance, resistance, and conductivity coefficient. Principalii factori care afectează impedanța cablării PCB sunt: ​​lățimea firului de cupru, grosimea firului de cupru, constanta dielectrică a mediului, grosimea mediului, grosimea tamponului, calea firului de masă, cablarea în jurul cablajului , etc. Impedanța PCB variază de la 25 la 120 ohm.

În practică, o linie de transmisie PCB constă de obicei dintr-o urmă, unul sau mai multe straturi de referință și materiale de izolație. Urmele și straturile formează impedanța de control. PCBS va fi adesea cu mai multe straturi, iar impedanța de control poate fi construită într-o varietate de moduri. However, whatever method is used, the impedance value will be determined by its physical structure and the electrical properties of the insulating material:

Lățimea și grosimea urmelor semnalului

Înălțimea miezului sau a materialului preumplut de pe ambele părți ale urmelor

Configurarea urmelor și a plăcii

Insulation constants of core and prefilled materials

Liniile de transmisie PCB se prezintă în două forme principale: Microstrip și Stripline.

Microstrip:

O linie microstrip este un conductor de bandă cu un plan de referință pe o singură parte, cu partea superioară și laturile expuse la aer (sau acoperite), deasupra suprafeței circuitului Er constant de izolație, cu sursa de alimentare sau împământarea ca referință. Așa cum se arată mai jos:

Notă: În fabricarea reală a PCB-urilor, producătorul plăcii acoperă de obicei suprafața PCB-ului cu un strat de ulei verde, astfel încât în ​​calculul efectiv al impedanței, modelul prezentat mai jos este de obicei utilizat pentru calculul liniei microstrip-ului de suprafață:

Stripline:

O linie de panglică este o panglică de sârmă plasată între două planuri de referință, așa cum se arată în figura de mai jos. Constantele dielectrice ale dielectricului reprezentate de H1 și H2 pot fi diferite.

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. Și așa mai departe.

SI9000 este utilizat pentru a calcula dacă sunt îndeplinite cerințele de control al impedanței:

Mai întâi calculați controlul impedanței cu capăt unic al liniei de date DDR:

Strat TOP: grosime de cupru de 0.5 oz, lățime a firului de 5 MIL, distanță de 3.8 mile față de planul de referință, constantă dielectrică 4.2. Selectați modelul, înlocuiți parametrii și selectați Calculul fără pierderi, așa cum se arată în figură:

CoaTIng înseamnă coTIng, iar dacă nu există coTIng, completați 0 în grosime și 1 în dielectric (constantă dielectrică) (aer).

Substratul înseamnă stratul de substrat, adică stratul dielectric, utilizând în general fr-4, grosimea calculată prin software de calcul al impedanței, constanta dielectrică 4.2 (frecvență mai mică de 1 GHz).

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

9. Conceptul Prepreg / Core al stratului de izolație:

PP (Prepreg) este un fel de material dielectric, compus din fibră de sticlă și rășină epoxidică. Miezul este de fapt un TIP de mediu PP, dar cele două fețe ale acestuia sunt acoperite cu folie de cupru, în timp ce PP nu. La realizarea plăcilor multistrat, nucleul și PP sunt de obicei utilizate împreună, iar PP este utilizat pentru a lega între nucleu și nucleu.

10. Probleme care necesită atenție în proiectarea laminării PCB

(1) Problemă Warpage

Proiectarea stratului PCB trebuie să fie simetrică, adică grosimea stratului mediu și a stratului de cupru al fiecărui strat trebuie să fie simetrice. Luați șase straturi, de exemplu, grosimea GND-ului superior și a mediului de putere inferior ar trebui să fie în concordanță cu grosimea cuprului, ȘI cea a mediului GND-L2 și L3-POWER ar trebui să fie în concordanță cu grosimea cuprului. Acest lucru nu se va deformează la laminare.

(2) Stratul de semnal trebuie să fie strâns cuplat cu planul de referință adiacent (adică grosimea medie dintre stratul de semnal și stratul de acoperire de cupru adiacent trebuie să fie foarte mică); Pansamentul electric din cupru și pământul din cupru măcinat ar trebui să fie strâns legate.

(3) În cazul vitezei foarte mari, se pot adăuga straturi suplimentare pentru a izola stratul de semnal, dar se recomandă să nu se izoleze mai multe straturi de putere, ceea ce poate provoca interferențe de zgomot inutile.

(4) Distribuția straturilor tipice de design laminat este prezentată în următorul tabel:

(5) Principii generale de dispunere a stratului:

Sub suprafața componentă (al doilea strat) se află planul de masă, care asigură stratul de protecție al dispozitivului și planul de referință pentru cablajul stratului superior;

Toate straturile de semnal sunt adiacente la planul de sol cât mai mult posibil.

Evitați adiacența directă între două straturi de semnal cât mai mult posibil;

Alimentarea principală trebuie să fie cât mai adiacentă posibil;

Simetria structurii laminatului este luată în considerare.

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

(Pentru condiții sub 50MHZ, vă rugăm să o consultați și să o relaxați corespunzător), se sugerează principiul de dispunere:

Suprafața componentelor și suprafața de sudură sunt planul de sol complet (ecran);

Nu există un strat de cablare paralel adiacent;

Toate straturile de semnal sunt adiacente la planul de sol cât mai mult posibil.

Semnalul cheie este adiacent formațiunii și nu traversează zona de segmentare.