PCB技術 - PCBインピーダンス制御

PCB インピーダンス制御 PCBA processing】
As PCB 信号スイッチング速度は増加を続ける, 今日の PCBデザイナーのインピーダンスを理解し、制御する必要があります PCB 跡. 最新ディジタル回路の短い信号伝送時間と高クロックレートに対応する, PCB 痕跡はもはや単純な接続ではない, 伝送線路.

実際に, デジタル限界速度が1 nsより高い場合や、アナログ周波数が300 MHzを超える場合には、トレースインピーダンスを制御する必要がある. Aのキーパラメータの1つ PCB trace is its characteristic impedance (それで, the ratio of voltage to current when the wave is transmitted along the signal transmission line). プリント基板上のワイヤの特性インピーダンスは回路基板設計の重要な指標である. 特に PCB 高周波回路設計, ワイヤの特性インピーダンスがデバイスまたは信号によって必要とされる特性インピーダンスと一致するかどうかを考慮する必要がある, と一致するかどうか. インピーダンス制御とインピーダンス整合. インピーダンス制御と積層設計の課題に焦点を当てて.

インピーダンス制御

インピーダンス制御（eインピーダンス制御）、回路基板の導体は様々な信号を送信する。伝送レートを上げるためには、周波数を大きくする必要がある。インピーダンス値が変化し、信号が歪んでいる。従って、高速回路基板上の導体のインピーダンス値を一定の範囲内で制御し、インピーダンス制御と呼ぶ。

PCBトレースのインピーダンスは、誘導性および容量性インダクタンス、抵抗および導電率によって決定される。PCBトレースのインピーダンスに影響する主な要因は、銅線の幅、銅線の厚さ、媒体の誘電率、媒体の厚さ、パッドの厚さ、接地線の経路、配線の配線である。PCBインピーダンスの範囲は25〜120オームである。

実際の状況では、PCB伝送ラインは通常、ワイヤトレース、1つ以上の参照層、および絶縁材料で構成される。トレースおよび基板層は制御インピーダンスを構成する。PCBはしばしば多層構造を採用し、制御インピーダンスも様々な方法で構築することができる。しかし、どのような方法を使用しても、そのインピーダンス値は、絶縁体の物理的構造および電気的特性によって決定される。

信号トレースの幅と厚さ

トレースの両側にあるコアまたはプリフィルされた材料の高さ

トレースとレイヤの設定

コア及びプリフィル材の絶縁定数

PCB伝送線路の2つの主要な形態がある。

マイクロストリップ

マイクロストリップ線路はリボン状のワイヤであり、片側に基準面を有する伝送線路を指す。上面と側面は空気（塗膜を塗布することもできる）にさらされ、絶縁定数Er回路基板の表面に位置する。電源プレーンまたはグランドプレーンはリファレンスです。下記の通り。

注意：実際のPCB製造では、ボード工場は通常、PCBの表面を緑色のオイルの層でコーティングします。したがって、実際のインピーダンス計算では、通常、表面マイクロストリップラインは、以下の図に示すモデルを用いて計算される。

ストリップライン

ストリップラインは2つの基準面の間に配置されたストリップ線である。以下の図に示すように、H 1とH 2で表される誘電体の誘電率は異なる。

上記2つの例はマイクロストリップラインとストリップラインの典型的な実証である。特定のマイクロストリップライン及びストリップラインの多くは、特定のPCB積層構造に関連する被覆マイクロストリップラインのようなタイプである。

特性インピーダンスを計算するために使用される式は、通常、境界要素解析を含むフィールド解法を使用して複雑な数学的計算を必要とするので、特殊インピーダンス計算ソフトウェアSI 9000を使用することで、特性インピーダンスのパラメータを制御する必要がある

絶縁層の誘電率Er、トレース幅W 1、W 2（台形）、トレース厚さTおよび絶縁層厚さH。

W 1とW 2の説明

計算された値は赤い箱の中になければなりません。残りはアナロジーによって推論できる。

次に、インピーダンス制御要件が満たされているかどうかを計算するためにSI 9000を使用します。

最初にDDRデータラインのシングルエンドインピーダンス制御を計算します。

トップ層：銅の厚さは0.5 oz、トレース幅は5ミル、基準面からの距離は3.8ミル、誘電率は4.2である。モデルを選択し、パラメーターに代入し、図に示すように無損失計算を選択します。

コーティング手段コーティングコーティングがない場合、厚さ0に、1（空気）を誘電体（誘電率）に充填する。

基板は、基板層、すなわち、誘電体層、一般的にFR−4を表し、その厚みはインピーダンス計算ソフトウェアによって計算され、誘電率は4.2（周波数が1 GHz未満の場合）である。

重量（OZ）アイテムをクリックすると、銅の舗装の銅の厚さを設定することができますし、銅の厚さは、トレースの厚さを決定します。

絶縁層のプリプレグ／コアの概念

pp（prepreg）はガラス繊維とエポキシ樹脂からなる一種の誘電体材料である。コアは実際にPPタイプの媒体ですが、PPはそうではありませんが、両面に銅箔で覆われています。多層基板を作る場合は、通常コアとPPを併用し、コアとコアをPPで接合する。

PCB積層設計における留意事項

反り問題

PCB積層体の設計は対称であるべきであり、すなわち、各層の誘電体厚さと各層の銅厚さは対称である。6層基板を採用し、トップGNDとボトムパワーの誘電体厚は、銅の厚さと同じであり、GND - L 2はボトムパワーと同じである。L 3パワーの誘電率は、銅の厚さと同じである。これはラミネーション中には反りません。

（2）信号層は、隣接する基準面（すなわち、信号層と隣接する銅層との間の誘電体膜厚が小さくなければならない）と密に結合されるべきである。パワー銅とグランド銅は緊密に結合されるべきである。

（3）非常に高速な場合には、信号層を分離するために余分な接地層を追加することができるが、複数の電力層を分離しないことを推奨し、不要なノイズ干渉を引き起こすことがある。

（4）典型的な積層設計層の分布を以下の表に示す。

(5) General principles of layer arrangement:
The bottom of the component surface (the second layer) is the ground plane, which provides a device shielding layer and a reference plane for the top layer wiring;
All signal layers are as close as possible to the ground plane;
Try to avoid two signal layers directly adjacent;
The main power supply is as close as possible to it correspondingly;
Take into account the symmetry of the laminated structure.
のレイヤーレイアウトのために PCBマザーボード, it is difficult for the existing マザーボード to control the parallel long-distance wiring. For the board-level operating frequency above 50MHZ
(Refer to the situation below 50MHZ, and relax appropriately), the principle of arrangement is recommended:
The component surface and welding surface are a complete ground plane (shield);
No adjacent parallel wiring layers;
All signal layers are as close as possible to the ground plane;
The key signal is adjacent to the ground and does not cross the partition.