With the increasing speed of PCB prepínanie signálu, dnešní dizajnéri PCB musia pochopiť a ovládať impedanciu stôp PCB. Zodpovedajúc kratším časom prenosu signálu a vyšším hodinovým frekvenciám moderných digitálnych obvodov, stopy po PCB už nie sú jednoduchými spojeniami, ale prenosovými vedeniami.

Ako ovládať impedanciu DPS

V praxi je potrebné kontrolovať stopovú impedanciu, keď digitálna okrajová rýchlosť prekročí 1ns alebo analógová frekvencia prekročí 300Mhz. Jedným z kľúčových parametrov stopy PCB je jeho charakteristická impedancia (pomer napätia k prúdu, keď vlna postupuje po vedení prenosu signálu). Charakteristická impedancia drôtu na doske s plošnými spojmi je dôležitým indexom konštrukcie dosky s plošnými spojmi, najmä pri návrhu vysokofrekvenčných obvodov na doske plošných spojov je potrebné zvážiť, či je charakteristická impedancia vodiča v súlade s charakteristickou impedanciou požadovanou zariadením alebo signálom. This involves two concepts: impedance control and impedance matching. This paper focuses on impedance control and lamination design.

Kontrola impedancie

EImpedance Controling, vodič v doske bude mať všetky druhy prenosu signálu, aby sa zlepšila prenosová rýchlosť a musí zvýšiť svoju frekvenciu, ak samotná linka kvôli leptaniu, hrúbke stohovania, šírke drôtu a ďalším rôznym faktorom spôsobí zmena hodnoty impedancie, skreslenie signálu. Preto by mala byť hodnota impedancie vodiča na doske vysokorýchlostných obvodov regulovaná v určitom rozsahu, známom ako „riadenie impedancie“.

The impedance of a PCB trace will be determined by its inductive and capacitive inductance, resistance, and conductivity coefficient. Hlavnými faktormi ovplyvňujúcimi impedanciu zapojenia DPS sú: šírka medeného drôtu, hrúbka medeného drôtu, dielektrická konštanta média, hrúbka média, hrúbka podložky, dráha uzemňovacieho vodiča, vedenie okolo vedenia , atď. Impedancia dosky plošných spojov sa pohybuje od 25 do 120 ohmov.

V praxi prenosové vedenie PCB obvykle pozostáva zo stopy, jednej alebo viacerých referenčných vrstiev a izolačných materiálov. Stopy a vrstvy tvoria kontrolnú impedanciu. PCBS bude často viacvrstvový a riadiacu impedanciu možno skonštruovať rôznymi spôsobmi. However, whatever method is used, the impedance value will be determined by its physical structure and the electrical properties of the insulating material:

Šírka a hrúbka stopy signálu

Výška jadra alebo materiálu predplnenia na oboch stranách stopy

Konfigurácia stopy a platne

Insulation constants of core and prefilled materials

Prenosové linky PCB sa dodávajú v dvoch hlavných formách: mikropásková a pásová linka.

Microstrip:

Mikropáskové vedenie je pásový vodič s referenčnou rovinou iba na jednej strane, pričom horná časť a strany sú vystavené vzduchu (alebo potiahnuté) nad povrchom dosky plošných spojov Er s izolačnou konštantou, pričom referenčným zdrojom je napájanie alebo uzemnenie. Ako je uvedené nižšie:

Poznámka: Pri skutočnej výrobe dosiek plošných spojov výrobca dosky obvykle potiahne povrch dosky plošných spojov vrstvou zeleného oleja, takže pri výpočte skutočnej impedancie sa na výpočet povrchovej mikropáskovej čiary obvykle používa nižšie uvedený model:

Stripline:

Stužka je stuha z drôtu umiestnená medzi dvoma referenčnými rovinami, ako je znázornené na obrázku nižšie. Dielektrické konštanty dielektrika reprezentované H1 a H2 môžu byť rôzne.

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. A tak ďalej.

SI9000 sa používa na výpočet, či sú splnené požiadavky na riadenie impedancie:

Najprv vypočítajte jednostranné impedančné riadenie dátovej linky DDR:

TOP vrstva: hrúbka medi 0.5 oz, šírka drôtu 5 mil., Vzdialenosť 3.8 mil od referenčnej roviny, dielektrická konštanta 4.2. Vyberte model, nahraďte ho v parametroch a zvoľte Výpočet bez strát, ako je znázornené na obrázku:

CoaTIng znamená spolužitie, a ak neexistuje, naplňte 0 hrúbkou a 1 dielektrikom (dielektrická konštanta) (vzduch).

Substrát znamená vrstvu substrátu, to znamená dielektrickú vrstvu, spravidla s použitím fr-4, hrúbka vypočítaná softvérom na výpočet impedancie, dielektrická konštanta 4.2 (frekvencia menšia ako 1 GHz).

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

9. Prepreg/jadrový koncept izolačnej vrstvy:

PP (Prepreg) je druh dielektrického materiálu, ktorý sa skladá zo sklenených vlákien a epoxidovej živice. Jadro je v skutočnosti TYP PP média, ale jeho dve strany sú pokryté medenou fóliou, zatiaľ čo PP nie je. Pri výrobe viacvrstvových dosiek sa jadro a PP zvyčajne používajú spoločne a PP sa používa na spojenie medzi jadrom a jadrom.

10. Záležitosti vyžadujúce pozornosť pri návrhu laminácie DPS

(1) Problém s warpage

Konštrukcia vrstiev DPS by mala byť symetrická, to znamená, že hrúbka strednej vrstvy a medenej vrstvy každej vrstvy by mala byť symetrická. Vezmite si napríklad šesť vrstiev, hrúbka média GND-GND a média so spodným výkonom by mala byť konzistentná s hrúbkou medi a hrúbka média GND-L2 a L3-POWER by mala byť v súlade s hrúbkou medi. Pri laminovaní sa to nebude zdeformovať.

(2) Signálna vrstva by mala byť tesne spojená so susednou referenčnou rovinou (to znamená, že stredná hrúbka medzi signálnou vrstvou a susednou vrstvou medeného povlaku by mala byť veľmi malá); Výkonný medený obväz a mletý medený obväz by mali byť tesne spojené.

(3) V prípade veľmi vysokých rýchlostí je možné pridať ďalšie vrstvy na izoláciu signálnej vrstvy, ale odporúča sa neizolovať viac výkonových vrstiev, čo môže spôsobiť zbytočné rušenie šumom.

(4) Rozloženie typických vrstiev laminovaného dizajnu je uvedené v nasledujúcej tabuľke:

(5) Všeobecné zásady usporiadania vrstiev:

Pod povrchom komponentu (druhá vrstva) je základná rovina, ktorá poskytuje tieniacu vrstvu zariadenia a referenčnú rovinu pre zapojenie vrchnej vrstvy;

Všetky signálne vrstvy pokiaľ možno susedia so základnou rovinou.

Vyhnite sa pokiaľ možno priamemu susedeniu medzi dvoma signálnymi vrstvami;

Hlavný napájací zdroj by mal byť čo najbližšie;

Zohľadňuje sa symetria štruktúry laminátu.

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

(V prípade podmienok nižších ako 50MHZ sa na ne odkazujte a primerane ich uvoľnite), navrhuje sa princíp rozloženia:

Povrch súčiastky a zvárací povrch sú úplnou základnou rovinou (štítom);

Žiadna susediaca paralelná vrstva zapojenia;

Všetky signálne vrstvy pokiaľ možno susedia so základnou rovinou.

Kľúčový signál susedí s formáciou a neprekračuje segmentačnú zónu.