With the increasing speed of PCB chuyển đổi tín hiệu, các nhà thiết kế PCB ngày nay cần hiểu và kiểm soát trở kháng của các dấu vết PCB. 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.

Cách kiểm soát trở kháng PCB

Trong thực tế, cần phải kiểm soát trở kháng vết khi tốc độ biên kỹ thuật số vượt quá 1ns hoặc tần số tương tự vượt quá 300Mhz. Một trong những thông số quan trọng của dấu vết PCB là trở kháng đặc trưng của nó (tỷ lệ điện áp trên dòng điện khi sóng truyền dọc theo đường truyền tín hiệu). Trở kháng đặc tính của dây trên bảng mạch in là chỉ số quan trọng của thiết kế bảng mạch, đặc biệt trong thiết kế mạch cao tần PCB, phải xem trở kháng đặc tính của dây có phù hợp với trở kháng đặc trưng của thiết bị hoặc tín hiệu yêu cầu hay không. This involves two concepts: impedance control and impedance matching. This paper focuses on impedance control and lamination design.

Kiểm soát trở kháng

EImpedance Controling, dây dẫn trong bảng mạch sẽ có tất cả các loại truyền tín hiệu, để cải thiện tốc độ truyền và phải tăng tần số của nó, nếu bản thân đường dây do khắc, độ dày xếp chồng, chiều rộng dây và các yếu tố khác nhau, sẽ gây ra giá trị trở kháng thay đổi, biến dạng tín hiệu. Do đó, giá trị trở kháng của dây dẫn trên bảng mạch tốc độ cao nên được kiểm soát trong một phạm vi nhất định, được gọi là “kiểm soát trở kháng”.

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. Trở kháng của PCB nằm trong khoảng từ 25 đến 120 ohm.

Trong thực tế, một đường truyền PCB thường bao gồm một vết, một hoặc nhiều lớp tham chiếu và vật liệu cách nhiệt. Các dấu vết và các lớp tạo thành trở kháng điều khiển. PCBS thường có nhiều lớp, và trở kháng điều khiển có thể được cấu tạo theo nhiều cách khác nhau. However, whatever method is used, the impedance value will be determined by its physical structure and the electrical properties of the insulating material:

Chiều rộng và độ dày của dấu vết tín hiệu

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

Cấu hình của dấu vết và tấm

Insulation constants of core and prefilled materials

Đường truyền PCB có hai dạng chính: Microstrip và Stripline.

Microstrip:

Dây microstrip là dây dẫn dải có mặt phẳng chuẩn chỉ ở một mặt, với mặt trên và mặt tiếp xúc với không khí (hoặc được phủ), phía trên bề mặt của bảng mạch Er không đổi cách điện, với nguồn điện hoặc nối đất làm chuẩn. Như hình bên dưới:

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:

Dải:

Dây ruy-băng là một dây ruy-băng được đặt giữa hai mặt phẳng tham chiếu, như thể hiện trong hình bên dưới. Hằng số điện môi của chất điện môi biểu diễn bằng H1 và H2 có thể khác nhau.

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. Và như vậy.

SI9000 được sử dụng để tính toán liệu các yêu cầu kiểm soát trở kháng có được đáp ứng hay không:

Đầu tiên hãy tính toán kiểm soát trở kháng một đầu của dòng dữ liệu DDR:

TOP layer: 0.5oz copper thickness, 5MIL wire width, 3.8mil distance from the reference plane, dielectric constant 4.2. Chọn mô hình, thay thế trong các tham số và chọn Tính toán không tổn thất, như thể hiện trong hình:

CoaTIng có nghĩa là coaTIng, và nếu không có coaTIng, hãy điền 0 vào độ dày và 1 trong chất điện môi (hằng số điện môi) (không khí).

Substrate là viết tắt của lớp chất nền, tức là lớp điện môi, thường sử dụng fr-4, độ dày được tính toán bằng phần mềm tính toán trở kháng, hằng số điện môi 4.2 (tần số nhỏ hơn 1GHz).

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

9. Khái niệm trước / cốt lõi của lớp cách nhiệt:

PP (Prepreg) là một loại vật liệu điện môi, bao gồm sợi thủy tinh và nhựa epoxy. Lõi thực sự là một LOẠI PP trung bình, nhưng hai mặt của nó được bao phủ bởi lá đồng, trong khi PP thì không. Khi sản xuất bảng nhiều lớp, lõi và PP thường được sử dụng cùng nhau, và PP được sử dụng để liên kết giữa lõi và lõi.

10. Các vấn đề cần chú ý trong thiết kế cán PCB

(1) Vấn đề Warpage

Thiết kế lớp của PCB nên đối xứng, nghĩa là độ dày của lớp trung bình và lớp đồng của mỗi lớp phải đối xứng. Lấy ví dụ sáu lớp, độ dày của phương tiện cấp điện trên cùng và dưới cùng phải phù hợp với độ dày của đồng và của phương tiện GND-L2 và L3-POWER phải phù hợp với độ dày của đồng. Điều này sẽ không bị cong vênh khi cán màng.

(2) Lớp tín hiệu phải được kết hợp chặt chẽ với mặt phẳng chuẩn liền kề (nghĩa là, độ dày trung bình giữa lớp tín hiệu và lớp mạ đồng liền kề phải rất nhỏ); Băng đồng điện và đồng tiếp đất phải được kết hợp chặt chẽ với nhau.

(3) Trong trường hợp tốc độ rất cao, có thể thêm các lớp phụ để cách ly lớp tín hiệu, nhưng không nên cách ly nhiều lớp nguồn vì có thể gây nhiễu nhiễu không đáng có.

(4) Sự phân bố của các lớp thiết kế nhiều lớp điển hình được thể hiện trong bảng sau:

(5) Nguyên tắc chung của việc sắp xếp lớp:

Bên dưới bề mặt linh kiện (lớp thứ hai) là mặt phẳng nền, cung cấp lớp che chắn thiết bị và mặt phẳng tham chiếu cho hệ thống dây của lớp trên cùng;

Tất cả các lớp tín hiệu tiếp giáp với mặt đất càng xa càng tốt.

Tránh tiếp giáp trực tiếp giữa hai lớp tín hiệu càng xa càng tốt;

Nguồn điện chính nên càng gần nhau càng tốt;

Tính đối xứng của cấu trúc laminate được tính đến.

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

(Đối với các điều kiện dưới 50MHZ, vui lòng tham khảo và nới lỏng nó một cách thích hợp), nguyên tắc bố trí được đề xuất:

Bề mặt cấu kiện và bề mặt hàn là mặt phẳng nền hoàn chỉnh (tấm chắn);

Không có lớp dây song song liền kề;

Tất cả các lớp tín hiệu tiếp giáp với mặt đất càng xa càng tốt.

Tín hiệu chính nằm liền kề với đội hình và không vượt qua vùng phân đoạn.