Präzisions-Leiterplattenherstellung, Hochfrequenz-Leiterplatten, mehrschichtige Leiterplatten und Leiterplattenbestückung.
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Analyse von Signalintegritätsproblemen im Leiterplattendesign
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Analyse von Signalintegritätsproblemen im Leiterplattendesign

Analyse von Signalintegritätsproblemen im Leiterplattendesign

2022-09-02
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Author:iPCB

Ultrahohe Geschwindigkeiten bei Flex und Rigid-Flex Leiterplatte sind unvermeidlich, da diese Platinen zunehmend in der Elektronik verwendet werden. Diese Systeme benötigen auch Masseebenen zur Isolierung und zur Trennung von HF- und digitalen Referenzen für drahtlose Protokolle. Hohe Geschwindigkeiten und Frequenzen bergen das Potenzial für Probleme mit der Signalintegrität, Viele davon beziehen sich auf die Lage und Geometrie von Bodenebenen in einem Leiterplatte. Eine gängige Methode, um eine konsistente 0-V-Referenz auf Flex- und Rigid-Flex-Boards bereitzustellen, ist die Verwendung einer schraffierten oder rasterartigen Grundebene auf dem Flex-Ribbon. Dadurch entsteht ein großer Leiter, der über einen weiten Frequenzbereich noch Abschirmung bieten kann, Das flexible Band kann sich dennoch biegen und falten, ohne zu hohe Steifigkeit zu schaffen. Allerdings, Probleme mit der Signalintegrität treten in zwei Bereichen auf: Sicherstellung einer konsistenten Leiterbahnimpedanz, Abschirmung und Isolierung, und Verhinderung faserflechtartiger Effekte in Lukenstrukturen.

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Entwurf des Grundrisses des Netzes

Grundsätzlich funktioniert das Schraffieren genauso wie jede andere Bodenebene. Es ist entworfen, um eine konsistente Referenz bereitzustellen, so dass Leiterbahnen entworfen werden können, um die gewünschte Impedanz zu haben. Jede gängige Übertragungsleitungsgeometrie (Microstrip, Stripline oder Wellenleiter) kann in eine starr-flex oder flexible Leiterplatte mit einer Maschenebene platziert werden. Das Platzieren eines schraffierten Kupferbereichs auf der Oberflächenschicht des Flexbandes bewirkt fast den gleichen Effekt wie festes Kupfer bei niedrigen Frequenzen. Gemeinsame Konfigurationen für Stripline- und Microstrip-Routing auf Flexband mit Netzgrundebene. Dieses Netz kann auf starren Brettern verwendet werden, aber ich habe es noch nie gesehen, und kein Kunde hat darum gebeten. Stattdessen wird ein Mesh-Muster in einer Flex/Rigid-Flex-Platine verwendet, um die Notwendigkeit einer Impedanzkontrolle mit der Notwendigkeit eines angemessenen flexiblen Bands auszugleichen.


Impedanzkontrolle

Eine Option für die Verwendung von einseitigen oder differentiellen Paaren besteht darin, massives Kupfer in der Ebene direkt unter den Leiterbahnen zu platzieren und das Netz an anderer Stelle in der Schaltung zu platzieren. Wenn das Routing sehr dicht wird, müssen Sie überall Netze verwenden. Wenn Sie Mesh verwenden, haben Sie mehr Flexibilität, aber die Abschirmisolierung ist niedriger und die Impedanzkontrollbedingungen ändern sich. Die Struktur der Maschenebene hat zwei geometrische Parameter: L und W. Diese beiden Parameter können als Füllfaktor oder als Bruchteil der Maschenebene kombiniert werden, die mit Kupfer bedeckt ist. Das Ändern dieser Parameter hat folgenden Effekt: Wenn andere Parameter gleich bleiben, erhöht sich die Impedanz beim Öffnen des Netzbereichs (durch Erhöhung von L zur Erhöhung der Netzöffnungen). Dadurch lässt sich das Band auch leichter (mit weniger Kraft) biegen. Das Erhöhen von W bei gleichzeitiger Konstanz anderer Parameter schließt den Netzbereich und erhöht somit die Impedanz. Dies macht das Bandmuster auch schwieriger zu biegen (mit mehr Kraft). Andere Parameter, die die Impedanz der Standardgeometrie steuern, haben den gleichen Effekt, wenn eine Maschenebene verwendet wird. Sobald Sie zu hohen Frequenzen kommen, werden Sie Nicht-EM-Modi um die Übertragungsleitung erregen und Sie könnten sogar einen faserartigen Effekt sehen.


Gibt es einen Fasergewebeffekt im Flex-Band?

Hier sind Rasterflächen auf Leiterplatten sehr interessant, da das Gittermuster anfangen kann, dem Glaswebmuster zu ähneln, das in FR4 und anderen Laminaten verwendet wird. Infolgedessen sind wir nun zurück zu einer Situation, in der wir uns um die Wirkung des Faserwebens in einem normalerweise glatten, relativ gleichmäßigen Substrat sorgen müssen. Diese Effekte treten auf, wenn die Bandbreite des Wandersignals mit einer oder mehreren Resonanzen im Netz überlappt. Für L.60 mils auf Polyimid wird die Ordnungsresonanz 50 GHz betragen. Ob auf starren Leiterplatten oder flexiblen Leiterplattensubstraten, diese Lukenstrukturen können starke Strahlung erzeugen, wenn digitale Signale entlang der Gleise der Rasterfläche reisen. Da sich mehr Flex-Anwendungen bei höheren Frequenzen öffnen, würde ich aus irgendeinem Grund erwarten, dass diese Effekte in einem Flex-Band mit einer Grid-Masseebene schlechter ausfallen.


Hohe Q Resonanz

Wie bei einem herkömmlichen Glasgewebe bilden die Netze eine Hohlraumstruktur, die Resonanz unterstützen kann, wenn sie mit einer bestimmten Frequenz angeregt werden. Diese resonanten Hohlräume in der Rasterfläche haben aufgrund der hohen Leitfähigkeit der Hohlraumwände (Kupfer) sehr hohe Q-Werte. Daher wird es niedrigere Verluste und eine höhere Q-Resonanz geben. Dies führt zu erhöhten Hohlraumemissionen und Resonanzleistungsverlusten.


Offenes Netz mit geringer Isolation

Eine Netzgrundebene sorgt normalerweise dafür, dass jegliche ausstrahlte EMI aus dem Fasergeflecht entlang der Kante der Platine emittiert wird. Da das Netz offene Hohlräume hat, weniger Isolation, und kann auch entlang der Oberfläche des flexiblen Bandes strahlen. Dies hat den gegenteiligen Effekt: Während die Spur anfälliger für Strahlung ist, Sie ist auch anfälliger für externe WWI. Um diese Probleme zu lösen, ein engeres Netz verwenden, Genau wie Sie eine engere Glaswebung verwenden würden, um den Faserwebeffekt zu verhindern. Flexibel und steif-flex Leiterplatte wird weiterhin Teil der Leiterplatte Platz und fortschrittlicher werden mit neueren Fertigungskapazitäten.