PCB-Technologie - Wie man Leiterplattenimpedanz steuert

Leiterplattenimpedanz steuern ist PCB Signalschaltgeschwindigkeiten steigen weiter an, heute PCB Designer müssen die Impedanz von PCB Spuren. Entsprechend der kürzeren Signalübertragungszeit und der höheren Taktrate moderner digitaler Schaltungen, PCB Leiterbahnen sind keine einfachen Verbindungen mehr, aber Übertragungsleitungen.

Wie man Leiterplattenimpedanz steuert

In tatsächlichen Situationen ist es notwendig, die Leiterbahnimpedanz zu steuern, wenn die digitale Grenzgeschwindigkeit höher als 1ns ist oder die analoge Frequenz 300Mhz überschreitet. Einer der Schlüsselparameter einer Leiterplattenführung ist seine charakteristische Impedanz (das heißt das Verhältnis von Spannung zu Strom, wenn die Welle entlang der Signalübertragungsleitung übertragen wird). Die charakteristische Impedanz der Drähte auf der Leiterplatte ist ein wichtiger Indikator für das Leiterplattendesign. Insbesondere beim PCB-Design von Hochfrequenzschaltungen ist es notwendig zu berücksichtigen, ob die charakteristische Impedanz der Drähte mit der charakteristischen Impedanz übereinstimmt, die vom Gerät oder Signal benötigt wird, und ob sie übereinstimmen. Dabei handelt es sich um zwei Konzepte: Impedanzsteuerung und Impedanzsteuerung. Dieser Artikel konzentriert sich auf die Diemen Impedanzsteuerung und laminiertes Design.

Leiterplattenimpedanz Steuerung(eImpedance Controling), Die Leiter in der Leiterplatte senden verschiedene Signale. Um die Übertragungsrate zu erhöhen, seine Häufigkeit muss erhöht werden. Wenn die Schaltung selbst geätzt ist, Schichtdicke, Drahtbreite und andere Faktoren, Der Impedanzwert ändert sich und das Signal wird verzerrt. Daher, Der Impedanzwert des Leiters auf der Hochgeschwindigkeits-Leiterplatte sollte innerhalb eines bestimmten Bereichs gesteuert werden, was "Impedanzsteuerung" genannt wird.

Die Impedanz der Leiterplattenstrecke wird durch ihre induktive und kapazitive Induktivität, ihren Widerstand und ihre Leitfähigkeit bestimmt. Die Hauptfaktoren, die die Impedanz von Leiterplatten-Leiterbahnen beeinflussen, sind: die Breite des Kupferdrahts, die Dicke des Kupferdrahts, die Dielektrizitätskonstante des Mediums, die Dicke des Mediums, die Dicke des Pads, der Weg des Massedrahts und die Verdrahtung um den Draht. Der Bereich der Leiterplattenimpedanz beträgt 25 bis 120 Ohms.

In tatsächlichen Situationen bestehen PCB-Übertragungsleitungen normalerweise aus einer Drahtspur, einer oder mehreren Referenzschichten und Isoliermaterialien. Die Leiterbahn und die Leiterplattenschicht bilden die Regelimpedanz. PCB nimmt oft eine mehrschichtige Struktur an, und Steuerimpedanz kann auch auf verschiedene Weise konstruiert werden. Unabhängig davon, welches Verfahren verwendet wird, wird der Impedanzwert durch seine physikalische Struktur und die elektrischen Eigenschaften des Isoliermaterials bestimmt:

Breite und Dicke der Signalspur

Die Höhe des Kerns oder des vorgefüllten Materials auf beiden Seiten der Spur

Konfiguration von Leiterbahnen und Schichten

Isolationskonstante von Kern und vorgefülltem Material

Es gibt zwei Hauptformen: PCB Übertragungsleitungen: Microstrip und Stripline.

Steuerung PCB Impedanz Mikrostreifen:

Eine Mikrostreifenleitung ist ein bandförmiger Draht, der sich auf eine Übertragungsleitung mit einer Referenzebene auf nur einer Seite bezieht. Die Oberseite und die Seiten sind der Luft ausgesetzt (Beschichtungsschicht kann auch aufgetragen werden), und sie befindet sich auf der Oberfläche der Isolationskonstante Er Leiterplatte. Die Leistungs- oder Masseebene ist eine Referenz. Wie unten gezeigt:

Hinweis: Bei der tatsächlichen Leiterplattenherstellung beschichtet die IPCB-Fabrik normalerweise die Oberfläche der Leiterplatte mit einer Schicht grünem Öl. Daher wird bei der tatsächlichen Impedanzberechnung die Oberflächenmikrostreifenlinie normalerweise anhand des Modells berechnet, das in der folgenden Abbildung gezeigt wird:

control Leiterplattenimpedanz Stripline:

Die Streifenlinie ist ein Streifendraht, der zwischen zwei Bezugsebenen platziert wird. Wie in der Abbildung unten gezeigt, können die dielektrischen Konstanten der durch H1 und H2 dargestellten Dielektriken unterschiedlich sein.

Die beiden oben genannten Beispiele sind nur eine typische Demonstration von Mikrostreifenlinien und Bandlinien. Es gibt viele Arten von spezifischen Mikrostreifenlinien und Streifenlinien, wie beschichtete Mikrostreifenlinien, die mit der spezifischen PCB-Laminatstruktur in Verbindung stehen.

Die Gleichung, die zur Berechnung der charakteristischen Impedanz verwendet wird, erfordert komplexe mathematische Berechnungen, in der Regel unter Verwendung von Feldlösungsmethoden, einschließlich der Grenzelementanalyse, so dass mit der speziellen Impedanzberechnungssoftware SI9000 alles, was wir tun müssen, ist, die Parameter der charakteristischen Impedanz zu steuern:

Dielektrizitätskonstante Er der Isolierschicht, Spurbreite W1, W2 (Trapez), Spurdicke T und Isolierschichtdicke H.

Das Konzept von Prepreg/Kern der Isolierschicht:

PP (Prepreg) ist eine Art dielektrisches Material, bestehend aus Glasfaser und Epoxidharz. Kern ist eigentlich ein PP-Typ Medium, aber es ist auf beiden Seiten mit Kupferfolie bedeckt, während PP es nicht tut. Bei der Herstellung von Mehrschichtplatten werden normalerweise CORE und PP in Verbindung verwendet, und CORE und CORE werden mit PP verklebt.

Vorsichtsmaßnahmen beim PCB-Laminatdesign:

(1) Das Problem der Warpage

Das PCB-Laminatdesign sollte symmetrisch sein, das heißt, die dielektrische Dicke jeder Schicht und die Kupferdicke jeder Schicht sind symmetrisch. Nehmen Sie die sechsschichtige Platine, die dielektrische Dicke von TOP-GND und BOTTOM-POWER ist die gleiche wie die Kupferdicke, und GND-L2 ist die gleiche wie die von BOTTOM-POWER. Die dielektrische Dicke von L3-POWER ist die gleiche wie die Kupferdicke. Dies verzieht sich während der Laminierung nicht.

(2) Die Signalschicht sollte eng mit der benachbarten Bezugsebene gekoppelt sein (das heißt, die dielektrische Dicke zwischen der Signalschicht und der benachbarten Kupferschicht sollte klein sein); Das Leistungskupfer und das Erdkupfer sollten fest gekoppelt sein.

(3) Bei sehr hohen Geschwindigkeiten können zusätzliche Masseschichten hinzugefügt werden, um die Signalschicht zu isolieren, aber es wird empfohlen, nicht mehrere Leistungsschichten zu isolieren, die unnötige Störgeräusche verursachen können.

(4) Die Verteilung der typischen laminierten Designschichten ist in der folgenden Tabelle dargestellt:

(5) Allgemeine Grundsätze der Schichtanordnung:

Die Unterseite der Bauteiloberfläche (die zweite Schicht) ist die Masseebene, die eine Geräteschutzschicht und eine Referenzebene für die Oberschichtverdrahtung bereitstellt;

Alle Signalschichten sind so nah wie möglich an der Erdungsebene;

Versuchen Sie, zwei Signalschichten direkt nebeneinander zu vermeiden;

Die Hauptstromversorgung ist entsprechend so nah wie möglich an ihr;

Berücksichtigen Sie die Symmetrie der laminierten Struktur.

Für das Layerlayout des Motherboards ist es für das vorhandene Motherboard schwierig, die parallele Fernverdrahtung zu steuern. Für die Betriebsfrequenz auf Platinenebene über 50MHZ

(Beziehen Sie sich auf die Situation unter 50MHZ und entspannen Sie sich angemessen), das Prinzip der Anordnung wird empfohlen:

Die Bauteiloberfläche und die Schweißoberfläche sind eine komplette Masseebene (Schild);

keine nebeneinander liegenden parallelen Verdrahtungsschichten;

Alle Signalschichten sind so nah wie möglich an der Erdungsebene;

Das Schlüsselsignal grenzt an den Boden und durchquert die Trennwand nicht.

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