Omdat de schakelsnelheden van PCB-signalen blijven toenemen, moeten PCB-planners van vandaag de impedantie van PCB-sporen begrijpen en manipuleren. Overeenkomstig de kortere signaaloverdrachtstijden en hogere kloksnelheden van moderne digitale circuits, zijn PCB-sporen niet langer eenvoudige verbindingen, maar transmissielijnen.
In de praktijk is het wenselijk om de spoorimpedantie te manipuleren wanneer de digitale flanksnelheid hoger is dan 1 ns of wanneer de gesimuleerde frequentie 300 Mhz overschrijdt. Een van de belangrijkste parameters van een PCB-spoor is de karakteristieke impedantie (dwz de verhouding van spanning tot stroom terwijl de golf langs de signaaltransmissielijn loopt). De karakteristieke impedantie van de geleider op de printplaat is een belangrijke indicator voor de lay-out van de kaart. Vooral bij de PCB-planning van hoogfrequente circuits is het noodzakelijk om te overwegen of de karakteristieke impedantie van de geleider en de karakteristieke impedantie die vereist zijn door de apparatuur of het signaal gemeenschappelijk zijn en overeenkomen. . Dit omvat twee concepten: impedantiebesturing en impedantie-matching. Dit artikel wijst op de problemen van impedantiebesturing en stapelplanning.
Impedantie controle
Impedantiecontrole (eImpedantiecontrole), er worden verschillende signalen verzonden in de geleiders in de printplaat. Het is noodzakelijk om de frequentie te verbeteren om de transmissiesnelheid te verbeteren. Als de lijn zelf is geëtst, gelamineerde dikte, draadbreedte en andere verschillende elementen, is de impedantie het waard om te veranderen en is het signaal vervormd. Daarom moet de geleider op de hogesnelheidscircuitkaart zijn impedantiewaarde worden geregeld binnen een bepaald bereik, "impedantiecontrole" genoemd.
De impedantie van het PCB-spoor wordt bevestigd door zijn inductieve en capacitieve inductantie, weerstand en geleiding. De belangrijkste factoren die de impedantie van het PCB-spoor beïnvloeden, zijn: de breedte van de koperdraad, de dikte van de koperdraad, de diëlektrische constante van het diëlektricum, de dikte van het diëlektricum, de dikte van het kussen, de weg van de grond draad, en de sporen rond het spoor. De PCB-impedantie varieert van 25 tot 120 ohm.
In de praktijk bestaan PCB-transmissielijnen typisch uit een draadspoor, een of meer referentielagen en isolatiematerialen. Sporen en platen vormen de stuurimpedantie. PCB's zullen vaak uit meerdere lagen bestaan en de stuurimpedantie kan op verschillende manieren worden gebouwd. Ongeacht de gebruikte methode, wordt de impedantiewaarde echter bepaald door de fysieke structuur en de elektrische eigenschappen van het isolatiemateriaal:
Signaal trace breedte en dikte
Hoogte van de kern of voorgevuld materiaal aan beide zijden van het spoor
Trace en board configuratie
Isolatieconstante van de kern en het voorgevulde materiaal
Er zijn twee hoofdvormen van PCB-transmissielijnen: Microstrip en Stripline.
microstrip:
De microstriplijn is een stripgeleider, die verwijst naar een transmissielijn met een referentievlak aan één kant, en de bovenkant en zijkanten worden blootgesteld aan de lucht (ook bedekt met een coatinglaag), die op het oppervlak van de isolatie wordt geplaatst constante Er printplaat naar Het stroom- of grondvlak wordt genoemd. Zoals hieronder getoond:
Opmerking: In de praktijk van PCB-productie brengt de kartonfabriek over het algemeen een laag groene olie aan op het oppervlak van de PCB-plaat. Daarom wordt in de praktische impedantieberekening de oppervlakte-microstriplijn in het algemeen berekend met behulp van het model in de volgende afbeelding:
striplijntest:
De striplijn is een stripgeleider die tussen twee referentievlakken is geplaatst, zoals weergegeven in de volgende afbeelding. De diëlektrische constanten van de diëlektrica die worden weergegeven door H1 en H2 kunnen verschillen.
De bovenstaande twee voorbeelden zijn slechts een typisch voorbeeld van microstriplijnen en striplijnen. Er zijn veel soorten microstriplijnen en striplijnen, zoals gelamineerde microstriplijnen, die verband houden met de gelamineerde structuur van een specifieke PCB.
De wiskundige berekening voor het berekenen van het equivalent van de karakteristieke impedantie is meestal gebaseerd op de veldoplossingsmethode, inclusief de analyse van het gap-element. Daarom moeten we met behulp van de speciale impedantie-boekhoudsoftware SI9000 de karakteristieke impedantieparameters manipuleren:
De diëlektrische constante Er van de isolatielaag, de spoorbreedtes W1, W2 (trapeziumvormig), de spoordikte T en de dikte H van de isolatielaag.
Beschrijving van W1, W2:
Het is noodzakelijk om de waarde in het rode vak te berekenen. Andere voorwaarden analogie.
Het volgende gebruikt SI9000-accounting om te voldoen aan de vereisten van impedantiecontrole:
Bereken eerst de eenzijdige impedantiecontrole van de DDR-datalijn:
TOP-laag: de koperdikte is 0,5 OZ, de spoorbreedte is 5 MIL, de afstand tot het referentievlak is 3,8 MIL en de diëlektrische constante is 4,2. Kies het model, vervang de parameters en selecteer de berekening zonder verlies, zoals weergegeven:
Coating geeft de coating aan. Als er geen coating is, vult u de dikte in met 0 en wordt de diëlektrische constante gevuld met 1 (lucht).
Het substraat geeft aan dat de substraatlaag, dat wil zeggen de diëlektrische laag, in het algemeen wordt gekozen uit FR-4, en de dikte wordt berekend door impedantieberekeningssoftware, en de diëlektrische constante is 4,2 (wanneer de frequentie minder is dan 1 GHz).
Klik op het item Gewicht (oz) om de koperdikte van het koper in te stellen. De dikte van het koper bepaalt de dikte van het spoor.
9. Het concept van Prepreg / Core voor isolatie:
PP (prepreg) is een soort diëlektrisch materiaal, samengesteld uit glasvezel en epoxyhars. Core is ook een PP-type medium, maar zijn twee zijden zijn bedekt met koperfolie, maar PP is dat niet. Bij het maken van meerlagig karton zijn CORE en C over het algemeen PP-samenwerking, zijn CORE en CORE verbonden met PP.
10. Voorzorgsmaatregelen bij PCB-stapelplanning:
(1), warpage-probleem
De lamineringsplanning van de PCB moet symmetrisch zijn, d.w.z. de dikte van de diëlektrische laag en de dikte van de koperlaag van elke laag zijn symmetrisch. Wanneer het zeslagige bord wordt gebruikt, zijn de diëlektrische dikte en koperdikte van TOP-GND en BOTTOM-POWER gebruikelijk, GND-L2 gemeenschappelijk met de dikte en koperdikte van L3-POWER. Dit veroorzaakt geen kromtrekken op het moment van lamineren.
(2) De signaallaag moet stevig worden gekoppeld aan het nabijgelegen referentievlak (dwz de dikte van het medium tussen de signaallaag en de nabijgelegen koperlaag moet klein zijn); de voeding koper en geslepen koper moeten stevig gekoppeld zijn.
(3) In een situatie met zeer hoge snelheid is het mogelijk om deel te nemen aan de overmatige formatie om de signaallaag te blokkeren, maar het wordt niet aanbevolen om meerdere vermogenslagen te blokkeren, die onnodige ruisinterferentie kunnen vormen.
(4) De typische verdeling van de stapellay-outlagen wordt weergegeven in de volgende tabel:
(5), de algemene richtlijnen voor de lay-out van lagen:
De onderkant van het componentoppervlak (de tweede laag) is het grondvlak, dat de afschermingslaag van de apparatuur toevoert en het referentievlak levert voor de bedrading van de toplaag;
Alle signaallagen kunnen grenzen aan het grondvlak;
Probeer te voorkomen dat de twee signaallagen direct aan elkaar grenzen;
De hoofdstroombron kan dienovereenkomstig daaraan grenzen;
Overweeg de symmetrie van de gelamineerde structuur.
Wat betreft de lay-out van de lagen van het moederbord, is het bestaande moederbord moeilijk om de parallelle bedrading met lange intervallen te besturen en is de werkfrequentie van het bord boven 50 MHz.
(Raadpleeg voor omstandigheden onder 50MHZ de juiste ontspanning), de aanbevolen indelingsrichtlijnen:
Het componentenoppervlak en het lasoppervlak zijn complete grondvlakken (afscherming);
Geen aangrenzende parallelle bedradingslagen;
Alle signaallagen kunnen grenzen aan het grondvlak;
Het sleutelsignaal grenst aan de stratum, niet over de partitie
