With the increasing speed of печатная плата коммутации сигналов, сегодняшним разработчикам печатных плат необходимо понимать и контролировать импеданс дорожек на печатной плате. В связи с более коротким временем передачи сигнала и более высокой тактовой частотой современных цифровых схем, дорожки печатных плат больше не являются простыми соединениями, а являются линиями передачи.

Как контролировать импеданс печатной платы

На практике необходимо контролировать импеданс трассы, когда предельная цифровая скорость превышает 1 нс или аналоговая частота превышает 300 МГц. Одним из ключевых параметров дорожки на печатной плате является ее характеристический импеданс (отношение напряжения к току при прохождении волны по линии передачи сигнала). Характеристический импеданс провода на печатной плате является важным показателем конструкции печатной платы, особенно при проектировании печатной платы высокочастотной цепи, необходимо учитывать, согласуется ли характеристическое сопротивление провода с характеристическим сопротивлением, требуемым устройством или сигналом. This involves two concepts: impedance control and impedance matching. This paper focuses on impedance control and lamination design.

Контроль импеданса

Контроль EImpedance Controling, проводник на печатной плате будет иметь все виды передачи сигнала, чтобы улучшить скорость передачи и должен увеличивать его частоту, если сама линия из-за травления, толщины наложения, ширины провода и других различных факторов вызовет изменение значения импеданса, искажение сигнала. Следовательно, значение импеданса проводника на высокоскоростной печатной плате должно контролироваться в определенном диапазоне, известном как «управление импедансом».

The impedance of a PCB trace will be determined by its inductive and capacitive inductance, resistance, and conductivity coefficient. Основными факторами, влияющими на импеданс проводки печатной платы, являются: ширина медного провода, толщина медного провода, диэлектрическая проницаемость среды, толщина среды, толщина контактной площадки, путь заземляющего провода, проводка вокруг проводки. , так далее. Импеданс печатной платы составляет от 25 до 120 Ом.

На практике линия передачи печатной платы обычно состоит из дорожки, одного или нескольких эталонных слоев и изоляционных материалов. Следы и слои образуют контрольный импеданс. PCBS часто бывает многослойной, и управляющее сопротивление может быть построено различными способами. However, whatever method is used, the impedance value will be determined by its physical structure and the electrical properties of the insulating material:

Ширина и толщина сигнального следа

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

Конфигурация следа и пластины

Insulation constants of core and prefilled materials

Линии передачи печатных плат бывают двух основных видов: микрополосковые и полосковые.

Microstrip:

Микрополосковая линия представляет собой полосовой проводник с базовой плоскостью только на одной стороне, с верхней и боковыми сторонами, открытыми для воздуха (или покрытыми), над поверхностью печатной платы с постоянной изоляцией Er, с источником питания или заземлением в качестве эталона. Как показано ниже:

Примечание: при реальном производстве печатных плат производитель плат обычно покрывает поверхность печатной платы слоем зеленого масла, поэтому при расчете фактического импеданса для расчета микрополосковой линии поверхности обычно используется модель, показанная ниже:

полосковой:

Ленточная линия – это лента из проволоки, помещенная между двумя опорными плоскостями, как показано на рисунке ниже. Диэлектрические проницаемости диэлектрика, обозначенного H1 и H2, могут быть разными.

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. И так далее.

SI9000 используется для расчета соответствия требованиям контроля импеданса:

Сначала рассчитайте односторонний контроль импеданса линии данных DDR:

Верхний слой: толщина меди 0.5 унции, ширина провода 5 мил, расстояние 3.8 мил от плоскости отсчета, диэлектрическая постоянная 4.2. Выберите модель, подставьте в параметры и выберите Расчет без потерь, как показано на рисунке:

COATING означает покрытие, и если покрытия нет, заполните 0 по толщине и 1 по диэлектрической проницаемости (диэлектрическая проницаемость) (воздух).

Подложка означает слой подложки, то есть диэлектрический слой, обычно с использованием fr-4, толщина, рассчитанная с помощью программного обеспечения для расчета импеданса, диэлектрическая проницаемость 4.2 (частота менее 1 ГГц).

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

9. Препрег / основная концепция изоляционного слоя:

ПП (препрег) – это своего рода диэлектрический материал, состоящий из стекловолокна и эпоксидной смолы. Сердечник на самом деле является ТИПОМ среды PP, но его две стороны покрыты медной фольгой, а PP – нет. При изготовлении многослойных плит сердцевина и полипропилен обычно используются вместе, а полипропилен используется для соединения сердцевины и сердцевины.

10. Вопросы, требующие внимания при проектировании ламинирования печатных плат.

(1) Проблема коробления

Структура слоев печатной платы должна быть симметричной, то есть толщина среднего слоя и слоя меди каждого слоя должна быть симметричной. Возьмем, к примеру, шесть слоев, толщина верхнего заземления и нижнего источника питания должна соответствовать толщине меди, а толщина среды GND-L2 и L3-POWER должна соответствовать толщине меди. Это не будет коробиться при ламинировании.

(2) Сигнальный слой должен быть плотно связан со смежной опорной плоскостью (то есть средняя толщина между сигнальным слоем и прилегающим слоем медного покрытия должна быть очень маленькой); Облицовка силовой меди и заземляющая медь должна быть плотно соединена.

(3) В случае очень высокой скорости можно добавить дополнительные слои для изоляции сигнального слоя, но рекомендуется не изолировать несколько уровней мощности, которые могут вызвать ненужные шумовые помехи.

(4) Распределение типичных слоев ламинированного дизайна показано в следующей таблице:

(5) Общие принципы расположения слоев:

Под поверхностью компонента (второй слой) находится плоскость заземления, которая обеспечивает экранирующий слой устройства и опорную плоскость для разводки верхнего уровня;

Все сигнальные слои максимально примыкают к заземляющему слою.

По возможности избегайте прямого соседства между двумя сигнальными уровнями;

Основной источник питания должен быть как можно более смежным;

Учитывается симметрия структуры ламината.

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

(Для условий ниже 50 МГц обратитесь к нему и расслабьте его соответствующим образом), принцип компоновки предлагается:

Поверхность компонентов и поверхность сварки представляют собой полную заземляющую поверхность (экран);

Отсутствие смежного параллельного слоя разводки;

Все сигнальные слои максимально примыкают к заземляющему слою.

Ключевой сигнал примыкает к пласту и не пересекает зону сегментации.