PCB-Neuigkeiten - Analyse der Signalintegrität im PCB Design

Flexibel und steif mit Superspeed auf flexibel Leiterplatte ist unvermeidlich, da diese Platinen zunehmend in der Elektronik verwendet werden. Diese Systeme benötigen auch Erdschichten zur Isolierung und zur Trennung von HF- und digitalen Referenzen für drahtlose Protokolle. Die hohen Geschwindigkeiten und Frequenzen schaffen das Potenzial für Signalintegritätsprobleme, Viele davon beziehen sich auf die Lage und Geometrie der Erdungsschichten in einer Leiterplatte.

Eine gängige Methode zur Bereitstellung einer konsistenten 0V-Referenz auf flexiblen und starr-flexiblen Platten ist die Verwendung einer Schattenlinie oder rasterartigen Grundebene auf einem flexiblen Band. Dies bietet große Leiter, die immer noch Schirmung über einen weiten Frequenzbereich bieten können, während flexible Bänder dennoch gebogen und gefaltet werden können, ohne übermäßige Steifigkeit zu schaffen. Signalintegritätsprobleme treten jedoch in zwei Bereichen auf:

Sorgt für gleichbleibende Verdrahtungsimpedanz, Abschirmung und Isolierung und verhindert Effekte ähnlich wie Fasergeflecht in Lukenstrukturen.

Entwurf des Grundrisses

Grundsätzlich funktioniert ein Profil wie jede andere Bodenebene. Es soll eine konsistente Referenz liefern, so dass Leiterbahnen so ausgelegt werden können, dass sie die gewünschte Impedanz haben. Jede gängige Übertragungsleitungsgeometrie (Microstrip Line, Ribbon Line oder Wellenleiter) kann in eine harte oder flexible Leiterplatte mit einer netzgebundenen Masseebene platziert werden. Kupferbereiche, in denen Schattenlinien auf der Oberflächenschicht des flexiblen Bandes platziert sind, bieten fast den gleichen Effekt wie niederfrequentes Festkupfer.

Eine gemeinsame Konfiguration für Streifen- und Mikrostreifenverdrahtung auf einem flexiblen Streifen mit einer Netzwerkerdungsebene wird unten gezeigt.

Ein Gitter geerdetes flaches Muster auf einem elastischen Band.

Diese Netzstruktur kann auf starren Brettern verwendet werden, aber ich habe sie noch nie gesehen, noch haben Kunden sie angefordert. Stattdessen werden Gittermuster in flexiblen/starr-flexiblen Platten verwendet, um die Notwendigkeit einer Impedanzkontrolle mit der Notwendigkeit eines angemessenen flexiblen Bandes auszugleichen. Ob Sie Leiterbahnen oder Musterfüllmuster entwerfen, folgen Sie der Praxis statischer und dynamischer flexibler Bänder sowie IPC 2223 Standards.

Impedanzkontrolle

Eine Option, ein einzelnes Ende oder Differenzialpaar zu verwenden, besteht darin, das feste Kupfer in einer flachen Schicht direkt unter der Verkabelung zu platzieren und das Netz an anderer Stelle in der Schaltung zu platzieren. Wenn das Routing sehr dicht wird, müssen Sie das Gitter überall verwenden. Wenn ein Gitter gewählt wird, gibt es eine größere Flexibilität, aber die Abschirmungsisolierung ist geringer, und die Impedanzsteuerungsbedingungen ändern sich.

Wie oben gezeigt, hat die Gitterebene Struktur zwei geometrische Parameter: L und W. Diese beiden Parameter können als Füllfaktor oder als Teil der Fläche des Gitters mit Kupfer kombiniert werden. Die Änderung dieser Parameter hat folgende Auswirkungen:

Das Öffnen des Netzbereichs (Erhöhung der Netzöffnung durch Erhöhung von L) erhöht die Impedanz, vorausgesetzt, andere Parameter bleiben konstant. Dadurch lässt sich das Band auch leichter (mit weniger Kraft) biegen.

Wenn W erhöht wird, während andere Parameter konstant gehalten werden, wird der Netzbereich geschlossen und somit die Impedanz erhöht

e. 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 Rasterfläche verwendet wird. Nach Eingabe der Hochfrequenz erregen Sie Nicht-TEM-Muster um die Übertragungsleitung und können sogar einen Effekt sehen, der dem Faserweben ähnlich ist.

Verfügt der Flex Carbon Strip über Fasergeflecht?

Hier ist die Grid-Erdungsebene auf einer Leiterplatte sehr interessant, da das Grid-Muster anfangen kann, dem Glas-gewebten Muster zu ähneln, das in FR4 und anderen Laminaten verwendet wird. Infolgedessen sind wir nun zurück zu einer Situation, in der wir uns um das Faserweben in einem normalerweise glatten, relativ gleichmäßigen Substrat kümmern müssen. Diese Effekte treten auf, wenn die Bandbreite des Wandersignals mit einer oder mehreren Resonanzen im Netz überlappt. Für L.60 mil auf Polyimid beträgt die Ordnungsresonanz 50 GHz.

Diese beschatteten Leitungsstrukturen können starke Strahlung erzeugen, da sich das digitale Signal entlang der Bahn der Rasterfläche ausbreitet, egal ob auf starrer Leiterplatte oder flexiblem Leiterplattensubstrat. Da sich immer mehr Flex-Anwendungen mit einer höheren Frequenz öffnen, erwartete ich aus irgendeinem Grund, dass sich diese Effekte in Flex-Bändern mit rastergebundenen Ebenen verschlimmern würden.

Hoher Q-Resonanz

Wie bei herkömmlichen glasgewebten Substraten bildet das Netz eine Hohlraumstruktur, die Resonanz bei Anregung mit einer bestimmten Frequenz unterstützen kann. Diese resonanten Hohlräume in der Rasterfläche haben sehr hohe Q-Werte, da die Wände der Hohlräume hochleitfähig sind (Kupfer). Daher hat es einen geringeren Verlust und eine höhere Q-Resonanz. Dies führt zu erhöhten Hohlraumemissionen und Resonanzleistungsverlusten.

Offenes Gitter hat geringe Isolation

Die netzförmige Grundebene sorgt in der Regel dafür, dass jegliche ausstrahlte EMI, die von der fasergeflochtenen Kavität ausgehen, entlang der Kante der Platte emittiert wird. Da das Gitter offene Hohlräume aufweist, ist es weniger isoliert und kann auch entlang der Oberfläche des flexiblen Kohlenstoffbandes strahlen. Dies hat den umgekehrten Effekt: Während die Verdrahtung eher Strahlung abgibt, ist sie auch anfälliger für externe EMI.

Um diese Probleme zu lösen, verwenden Sie ein engeres Netz, genauso wie eine engere Glasflechtung verwendet wird, um Faserflechteffekte zu verhindern. Flexible und steife.Flexible PCBS werden weiterhin Teil der PCB-Landschaft sein und mit neueren Fertigungsmöglichkeiten weiter fortgeschritten werden.