With the increasing speed of PCB 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.

Hur man styr PCB -impedans

In practice, it is necessary to control trace impedance when digital marginal speed exceeds 1ns or analog frequency exceeds 300Mhz. En av nyckelparametrarna för ett PCB -spår är dess karakteristiska impedans (förhållandet mellan spänning och ström när vågen färdas längs signalöverföringsledningen). Kabelns karakteristiska impedans på kretskort är ett viktigt index för kretskortsdesign, särskilt i PCB -design av högfrekvent krets, det måste övervägas om trådens karakteristiska impedans överensstämmer med den karakteristiska impedansen som krävs av enhet eller signal. This involves two concepts: impedance control and impedance matching. This paper focuses on impedance control and lamination design.

Impedanskontroll

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. PCB -impedans varierar från 25 till 120 ohm.

I praktiken består en PCB -överföringsledning vanligtvis av ett spår, ett eller flera referenslager och isoleringsmaterial. Traces and layers form the control impedance. PCBS kommer ofta att vara flerskiktade och kontrollimpedansen kan konstrueras på olika sätt. 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

Konfiguration av spår och platta

Insulation constants of core and prefilled materials

PCB -överföringslinjer finns i två huvudformer: Microstrip och Stripline.

Microstrip:

En mikrostriplinje är en bandledare med ett referensplan på endast ena sidan, med toppen och sidorna utsatta för luft (eller belagd), ovanför ytan på isoleringskonstantens Er -kretskort, med strömförsörjning eller jordning som referens. Enligt nedanstående:

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:

En bandlinje är ett trådband placerat mellan två referensplan, som visas i figuren nedan. De dielektriska konstanterna för det dielektrikum som representeras av H1 och H2 kan vara olika.

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. Och så vidare.

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 betyder coaTIng, och om det inte finns någon coaTIng, fyll 0 i tjocklek och 1 i dielectric (dielektrisk konstant) (luft).

Substrat står för substratskikt, det vill säga dielektriskt lager, vanligtvis med fr-4, tjocklek beräknad med impedansberäkningsprogramvara, dielektrisk konstant 4.2 (frekvens mindre än 1 GHz).

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

9. Prepreg/Core -begreppet isoleringsskikt:

PP (Prepreg) är ett slags dielektriskt material, som består av glasfiber och epoxiharts. Kärnan är faktiskt en TYP av PP -medium, men dess två sidor är täckta med kopparfolie, medan PP inte är det. Vid tillverkning av flerskiktsskivor används vanligtvis kärna och PP tillsammans, och PP används för att binda mellan kärna och kärna.

10. Frågor som kräver uppmärksamhet i PCB -lamineringsdesign

(1) Warpage -problem

Lagerkonstruktionen av PCB bör vara symmetrisk, det vill säga tjockleken på medellager och kopparskikt i varje lager ska vara symmetrisk. Ta till exempel sex lager, tjockleken på topp-GND och botteneffektmedium bör överensstämma med tjockleken på koppar, OCH den för GND-L2 och L3-POWER-mediet bör överensstämma med tjockleken på koppar. Detta kommer inte att vrida sig vid laminering.

(2) Signallagret bör vara tätt kopplat till det intilliggande referensplanet (det vill säga medeltjockleken mellan signalskiktet och det intilliggande kopparbeläggningsskiktet bör vara mycket liten); Kopparförband och slipad kopparförband bör vara tätt kopplade.

(3) Vid mycket hög hastighet kan extra lager läggas till för att isolera signalskiktet, men det rekommenderas att inte isolera flera effektlager, vilket kan orsaka onödig bullerstörning.

(4) Fördelningen av typiska laminerade designlager visas i följande tabell:

(5) Allmänna principer för lagerarrangemang:

Under komponentytan (det andra lagret) finns markplanet, som tillhandahåller enhetens skyddande skikt och referensplanet för det översta lagrets ledningar;

Alla signalskikt ligger så långt som möjligt intill markplanet.

Undvik så långt som möjligt direkt anslutning mellan två signalskikt;

Huvudströmförsörjningen ska vara så intilliggande som möjligt;

Symmetri med laminatstruktur beaktas.

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

(För förhållanden under 50MHZ, vänligen hänvisa till det och slappna av det på lämpligt sätt), föreslås layoutprincipen:

Komponentyta och svetsyta är komplett markplan (skärm);

Inget intilliggande parallellt ledningsskikt;

Alla signalskikt ligger så långt som möjligt intill markplanet.

Nyckelsignalen ligger intill formationen och passerar inte segmenteringszonen.