W miarę wzrostu prędkości przełączania sygnałów na płytkach drukowanych, dzisiejsi planiści PCB muszą zrozumieć impedancję śladów na płytkach drukowanych i manipulować nimi. Odpowiednio do krótszych czasów transmisji sygnału i wyższych częstotliwości taktowania współczesnych obwodów cyfrowych, ślady PCB nie są już prostymi połączeniami, ale liniami transmisji.
W praktyce pożądane jest manipulowanie impedancją śledzenia, gdy cyfrowa prędkość zbocza jest większa niż 1 ns lub gdy symulowana częstotliwość przekracza 300 MHz. Jednym z kluczowych parametrów śladu płytki drukowanej jest jej charakterystyczna impedancja (tj. Stosunek napięcia do prądu, gdy fala przemieszcza się wzdłuż linii przesyłowej sygnału). Charakterystyczna impedancja przewodu na płytce drukowanej jest ważnym wskaźnikiem układu płytki. Zwłaszcza przy planowaniu obwodów wysokiej częstotliwości na płytkach drukowanych należy rozważyć, czy impedancja charakterystyczna przewodnika i impedancja charakterystyczna wymagana przez sprzęt lub sygnał są wspólne i pasują do siebie. . Obejmuje to dwie koncepcje: sterowanie impedancyjne i dopasowanie impedancji. Ten artykuł wskazuje na kwestie sterowania impedancją i planowania stosu.
Kontrola impedancji
Kontrola impedancji (kontrola impedancji), w przewodach na płytce drukowanej przesyłane są różne sygnały. Konieczna jest poprawa częstotliwości, aby poprawić szybkość transmisji. Jeśli sama linia jest wytrawiona, grubość laminowana, szerokość drutu i inne różne elementy, impedancja jest warta zmiany, a sygnał jest zniekształcony. Dlatego przewodnik na płytce drukowanej o wysokiej prędkości, jego wartość impedancji powinna być kontrolowana w pewnym zakresie, zwanym „kontrolą impedancji”.
Impedancja ścieżki PCB zostanie potwierdzona przez indukcyjność indukcyjną i pojemnościową, rezystancję i przewodność. Głównymi czynnikami wpływającymi na impedancję śladu płytki drukowanej są: szerokość drutu miedzianego, grubość drutu miedzianego, stała dielektryczna dielektryka, grubość dielektryka, grubość podkładki, droga gruntu drut i ślady wokół śladu. Impedancja PCB waha się od 25 do 120 omów.
W praktyce linie przesyłowe do obwodów drukowanych zwykle składają się z drutu, jednej lub więcej warstw odniesienia i materiałów izolacyjnych. Ślady i płyty tworzą impedancję sterowania. Płytki drukowane często są wielowarstwowe, a impedancję sterowania można budować na różne sposoby. Jednak niezależnie od zastosowanej metody wartość impedancji zostanie określona na podstawie jej budowy fizycznej i właściwości elektrycznych materiału izolacyjnego:
Szerokość i grubość śladu sygnału
Wysokość rdzenia lub wstępnie wypełnionego materiału po obu stronach śladu
Konfiguracja śledzenia i tablicy
Stała izolacji rdzenia i wstępnie wypełnionego materiału
Istnieją dwie główne formy linii przesyłowych PCB: Microstrip i Stripline.
Microstrip:
Linia mikropaskowa jest przewodnikiem paskowym, który odnosi się do linii transmisyjnej z płaszczyzną odniesienia z jednej strony, a góra i boki są wystawione na powietrze (również pokryte warstwą powłokową), która jest umieszczona na powierzchni izolacji stała Er płytka drukowana do Określona jest płaszczyzna mocy lub uziemienia. Jak pokazano niżej:
Uwaga: W praktyce produkcji płytek drukowanych fabryka płytek zasadniczo nakłada warstwę zielonego oleju na powierzchnię płytki drukowanej. Dlatego w praktycznym obliczeniu impedancji, linia mikropaskowej powierzchni jest ogólnie obliczana przy użyciu modelu pokazanego na poniższym rysunku:
Linia paskowa:
Linia paska jest przewodnikiem taśmy umieszczonym między dwiema płaszczyznami odniesienia, jak pokazano na poniższym rysunku, stałe dielektryczne dielektryków reprezentowane przez H1 i H2 mogą być różne.
Powyższe dwa przykłady są tylko typowym przykładem linii mikropaskowych i linii paskowych. Istnieje wiele rodzajów linii mikropaskowych i linii paskowych, takich jak laminowane linie mikropaskowe, które są związane z laminowaną strukturą konkretnej płytki drukowanej.
Obliczenia matematyczne do obliczania ekwiwalentu impedancji charakterystycznej są zwykle oparte na metodzie rozwiązania pola, która obejmuje analizę elementu szczeliny. Dlatego przy użyciu specjalnego oprogramowania do obliczania impedancji SI9000 musimy manipulować charakterystycznymi parametrami impedancji:
Stała dielektryczna Er warstwy izolacyjnej, szerokości śladowe W1, W2 (trapezoidalne), grubość śladowa T i grubość H warstwy izolacyjnej.
Opis W1, W2:
Konieczne jest obliczenie wartości w czerwonym polu. Analogia innych warunków.
Następujące wykorzystuje księgowanie SI9000, aby spełnić wymagania kontroli impedancji:
Najpierw obliczyć kontrolę impedancji single-ended linii danych DDR:
Warstwa górna: grubość miedzi wynosi 0,5 OZ, szerokość śladu wynosi 5 MIL, odległość od płaszczyzny odniesienia wynosi 3,8 MIL, a stała dielektryczna wynosi 4,2. Wybierz model, zastąp parametry i wybierz bezstratne obliczenia, jak pokazano:
Powłoka wskazuje powłokę. Jeśli nie ma powłoki, wypełnij grubość 0, a stałą dielektryczną wypełnij 1 (powietrze).
Podłoże wskazuje, że warstwa podłoża, to znaczy warstwa dielektryczna, jest na ogół wybierana spośród FR-4, a grubość jest obliczana za pomocą oprogramowania do obliczania impedancji, a stała dielektryczna wynosi 4,2 (gdy częstotliwość jest mniejsza niż 1 GHz).
Kliknij pozycję Waga (oz), aby ustawić grubość miedzi. Grubość miedzi określa grubość śladu.
9. Koncepcja Prepreg / Core do izolacji:
PP (prepreg) jest rodzajem materiału dielektrycznego, złożonego z włókna szklanego i żywicy epoksydowej. Rdzeń jest również medium typu PP, ale jego dwie strony są pokryte folią miedzianą, ale PP nie. Przy produkcji płyt wielowarstwowych CORE i C są zwykle współpracą PP, CORE i CORE są łączone z PP.
10. Środki ostrożności podczas planowania układania płytek drukowanych:
(1), problem z wypaczeniem
Planowanie laminowania PCB powinno być symetryczne, to znaczy grubość warstwy dielektrycznej i grubość miedziowania każdej warstwy są symetryczne. Gdy używana jest płytka sześciowarstwowa, grubość dielektryczna i grubość miedzi TOP-GND i BOTTOM-POWER są wspólne, GND-L2 Common z grubością i grubością miedzi L3-POWER. Nie powoduje to wypaczenia podczas laminowania.
(2) Warstwa sygnałowa powinna być ściśle sprzężona z pobliską płaszczyzną odniesienia (tj. Grubość medium między warstwą sygnałową a pobliską warstwą miedzi powinna być mała); miedź zasilająca i miedź uziemiająca powinny być ściśle połączone.
(3) W sytuacji bardzo dużej prędkości możliwe jest uczestnictwo w formacji nadmiaru w celu zablokowania warstwy sygnałowej, ale nie zaleca się blokowania wielu warstw mocy, które mogą powodować niepotrzebne zakłócenia.
(4) Typowy rozkład warstw układu stosu pokazano w poniższej tabeli:
(5) ogólne wytyczne dotyczące układu warstw:
Spód powierzchni elementu (druga warstwa) jest płaszczyzną uziemienia, zaopatrującą warstwę ekranującą urządzenia i zaopatrującą płaszczyznę odniesienia dla okablowania warstwy górnej;
Wszystkie warstwy sygnałowe mogą przylegać do płaszczyzny uziemienia;
Staraj się, aby dwie warstwy sygnałowe nie sąsiadowały bezpośrednio;
Główne źródło zasilania może odpowiednio do niego przylegać;
Rozważ symetrię struktury laminowanej.
Jeśli chodzi o układ warstw płyty głównej, istniejąca płyta główna jest trudna do kontrolowania równoległego okablowania o długich odstępach, a częstotliwość robocza płyty wynosi ponad 50 MHz.
(W przypadku warunków poniżej 50 MHZ zapoznaj się z odpowiednią relaksacją), zalecane wytyczne dotyczące układu:
Powierzchnia elementu i powierzchnia spawania są kompletnymi płaszczyznami uziemienia (osłoną);
Brak sąsiadujących równoległych warstw okablowania;
Wszystkie warstwy sygnałowe mogą przylegać do płaszczyzny uziemienia;
Kluczowy sygnał przylega do warstwy, a nie do przegrody
