Da die Schaltgeschwindigkeiten für PCB-Signale weiter zunehmen, müssen die heutigen PCB-Planer die Impedanz von PCB-Leiterbahnen verstehen und manipulieren. PCB-Leiterbahnen sind entsprechend den kürzeren Signalübertragungszeiten und höheren Taktraten moderner digitaler Schaltungen keine einfachen Verbindungen mehr, sondern Übertragungsleitungen.
In der Praxis ist es wünschenswert, die Leiterbahnimpedanz zu manipulieren, wenn die digitale Flankengeschwindigkeit über 1 ns liegt oder wenn die simulierte Frequenz 300 MHz überschreitet. Einer der Schlüsselparameter einer Leiterplatte ist ihre charakteristische Impedanz (dh das Verhältnis von Spannung zu Strom, wenn sich die Welle entlang der Signalübertragungsleitung ausbreitet). Die charakteristische Impedanz des Leiters auf der Leiterplatte ist ein wichtiger Indikator für das Layout der Leiterplatte. Insbesondere bei der Leiterplattenplanung von Hochfrequenzschaltungen ist zu berücksichtigen, ob die vom Gerät oder Signal geforderte charakteristische Impedanz des Leiters und die charakteristische Impedanz gemeinsam sind und übereinstimmen. . Dies beinhaltet zwei Konzepte: Impedanzsteuerung und Impedanzanpassung. Dieser Artikel verweist auf die Themen Impedanzsteuerung und Stapelplanung.
Impedanzkontrolle
Impedanzkontrolle (eImpedance Controling), es werden verschiedene Signale in den Leitern der Leiterplatte übertragen. Es ist notwendig, die Frequenz zu verbessern, um die Übertragungsrate zu verbessern. Wenn die Leitung selbst geätzt ist, Schichtdicke, Drahtbreite und andere unterschiedliche Elemente, ist die Impedanz eine Änderung wert und das Signal ist verzerrt. Daher sollte der Leiter auf der Hochgeschwindigkeitsleiterplatte seinen Impedanzwert innerhalb eines bestimmten Bereichs steuern, der als "Impedanzsteuerung" bezeichnet wird.
Die Impedanz der Leiterplatte wird durch ihre induktive und kapazitive Induktivität, ihren Widerstand und ihre Leitfähigkeit bestätigt. Die Hauptfaktoren, die die Impedanz der Leiterplatte beeinflussen, sind: die Breite des Kupferdrahtes, die Dicke des Kupferdrahtes, die Dielektrizitätskonstante des Dielektrikums, die Dicke des Dielektrikums, die Dicke des Pads und der Erdungsweg Draht und die Spuren um die Spur. Die Leiterplattenimpedanz reicht von 25 bis 120 Ohm.
In der Praxis bestehen PCB-Übertragungsleitungen typischerweise aus einer Leiterbahn, einer oder mehreren Referenzschichten und Isoliermaterialien. Spuren und Platten bilden die Lenkimpedanz. PCBs sind häufig mehrschichtig und die Lenkimpedanz kann auf verschiedene Arten aufgebaut werden. Unabhängig von der verwendeten Methode wird der Impedanzwert jedoch durch seine physikalische Struktur und die elektrischen Eigenschaften des Isoliermaterials bestimmt:
Breite und Dicke der Signalspur
Höhe des Kerns oder des vorgefüllten Materials auf beiden Seiten der Spur
Trace- und Board-Konfiguration
Isolationskonstante des Kerns und des vorgefüllten Materials
Es gibt zwei Hauptformen von PCB-Übertragungsleitungen: Microstrip und Stripline.
Mikrostreifen:
Die Mikrostreifenleitung ist ein Streifenleiter, der sich auf eine Übertragungsleitung mit einer Bezugsebene auf einer Seite bezieht, und die Oberseite und die Seiten sind der Luft ausgesetzt (ebenfalls mit einer Überzugsschicht überzogen), die auf der Oberfläche der Isolierung angeordnet ist Konstante Er Platine an Die Strom- oder Masseebene wird bezeichnet. Wie nachfolgend dargestellt:
Hinweis: In der Praxis der Leiterplattenherstellung trägt das Leiterplattenwerk im Allgemeinen eine Schicht grünes Öl auf die Oberfläche der Leiterplatte auf. Daher wird bei der praktischen Impedanzberechnung die Oberflächen-Mikrostreifenleitung im Allgemeinen unter Verwendung des in der folgenden Abbildung gezeigten Modells berechnet:
Streifenleitung:
Die Streifenleitung ist ein Streifenleiter, der zwischen zwei Bezugsebenen angeordnet ist, wie in der folgenden Abbildung gezeigt, wobei die Dielektrizitätskonstanten der durch H1 und H2 dargestellten Dielektrika unterschiedlich sein können.
Die obigen zwei Beispiele sind nur ein typisches Beispiel für Mikrostreifenleitungen und Streifenleitungen. Es gibt viele Arten von Mikrostreifenleitungen und Streifenleitungen, z. B. laminierte Mikrostreifenleitungen, die mit der laminierten Struktur einer bestimmten Leiterplatte zusammenhängen.
Die mathematische Berechnung zur Berechnung des Äquivalents der charakteristischen Impedanz basiert üblicherweise auf der Feldlösungsmethode, die die Analyse des Spaltelements einschließt. Daher müssen wir mit der speziellen Impedanzabrechnungssoftware SI9000 die charakteristischen Impedanzparameter manipulieren:
Die Dielektrizitätskonstante Er der Isolierschicht, die Leiterbahnbreiten W1, W2 (trapezförmig), die Leiterbahndicke T und die Dicke H der Isolierschicht.
Beschreibung von W1, W2:
Es ist notwendig, den Wert im roten Feld zu berechnen. Andere Bedingungen Analogie.
Im Folgenden wird die SI9000-Abrechnung verwendet, um die Anforderungen der Impedanzkontrolle zu erfüllen:
Berechnen Sie zunächst die unsymmetrische Impedanzregelung der DDR-Datenleitung:
TOP-Schicht: Die Kupferdicke beträgt 0,5 Unzen, die Leiterbahnbreite beträgt 5 Mil, der Abstand zur Bezugsebene beträgt 3,8 Mil und die Dielektrizitätskonstante beträgt 4,2. Wählen Sie das Modell aus, ersetzen Sie die Parameter und wählen Sie die verlustfreie Berechnung wie folgt aus:
Beschichtung kennzeichnet die Beschichtung. Wenn keine Beschichtung vorhanden ist, füllen Sie die Dicke mit 0 und die Dielektrizitätskonstante mit 1 (Luft).
Das Substrat zeigt an, dass die Substratschicht, dh die dielektrische Schicht, im Allgemeinen aus FR-4 ausgewählt ist und die Dicke durch eine Impedanzberechnungssoftware berechnet wird und die Dielektrizitätskonstante 4,2 beträgt (wenn die Frequenz weniger als 1 GHz beträgt).
Klicken Sie auf das Element Gewicht (oz), um die Kupferdicke des Kupfers festzulegen. Die Dicke des Kupfers bestimmt die Dicke der Leiterbahn.
9. Das Konzept von Prepreg / Core für die Isolierung:
PP (Prepreg) ist eine Art dielektrisches Material, das aus Glasfasern und Epoxidharz besteht. Core ist ebenfalls ein Medium vom Typ PP, aber seine beiden Seiten sind mit Kupferfolie bedeckt, PP jedoch nicht. Bei der Herstellung von Mehrschichtplatten sind CORE und C in der Regel PP-Kooperationen, CORE und CORE sind mit PP verbunden.
10. Vorsichtsmaßnahmen bei der Stapelplanung von Leiterplatten:
(1) Verzugsproblem
Die Laminierungsplanung der PCB sollte symmetrisch sein, dh die Dicke der dielektrischen Schicht und die Dicke der Kupferplattierung jeder Schicht sind symmetrisch. Wenn die Sechsschichtplatte verwendet wird, sind die dielektrische Dicke und Kupferdicke von TOP-GND und BOTTOM-POWER gemeinsam, GND-L2 gemeinsam mit der Dicke und Kupferdicke von L3-POWER. Dies führt zum Zeitpunkt des Laminierens nicht zu Verwerfungen.
(2) Die Signalschicht sollte eng mit der nahegelegenen Bezugsebene gekoppelt sein (dh die Dicke des Mediums zwischen der Signalschicht und der nahegelegenen Kupferschicht sollte gering sein). Das Stromversorgungskupfer und das Massekupfer sollten fest miteinander verbunden sein.
(3) In einer Situation mit sehr hoher Geschwindigkeit ist es möglich, an der übermäßigen Bildung teilzunehmen, um die Signalschicht zu blockieren. Es wird jedoch nicht empfohlen, mehrere Leistungsschichten zu blockieren, da dies zu unnötigen Rauschstörungen führen kann.
(4) Die typische Verteilung der Stapellayouts ist in der folgenden Tabelle dargestellt:
(5), die allgemeinen Richtlinien für das Layout von Schichten:
Die Unterseite der Bauteiloberfläche (die zweite Schicht) ist die Masseebene, die die Abschirmschicht des Geräts und die Referenzebene für die Verdrahtung der oberen Schicht versorgt;
Alle Signalschichten können an die Grundebene angrenzen;
Versuchen Sie zu verhindern, dass die beiden Signalebenen direkt nebeneinander liegen.
Die Hauptstromquelle kann entsprechend benachbart sein;
Berücksichtigen Sie die Symmetrie der laminierten Struktur.
Bezüglich des Schichtaufbaus der Hauptplatine ist es schwierig, die parallele Langintervallverdrahtung mit der vorhandenen Hauptplatine zu steuern, und die Betriebsfrequenz der Platine liegt über 50 MHz.
(Bei Bedingungen unter 50 MHz wird auf die entsprechende Entspannung verwiesen.) Die empfohlenen Aufbaurichtlinien:
Die Bauteiloberfläche und die Schweißfläche sind komplette Masseebenen (Abschirmung);
Keine benachbarten parallelen Verdrahtungsschichten;
Alle Signalschichten können an die Grundebene angrenzen;
Das Schlüsselsignal grenzt an die Schicht und nicht an die Trennwand
