Leiterplattentechnisch - PCB Impedanzsteuerung【 PCB Verarbeitung】

PCB Impedanzsteuerung PCBA processing】
As PCB Signalschaltgeschwindigkeiten steigen weiter an, heute PCB-DesignerNotwendigkeit, 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.

In realen Situationen, Es ist notwendig, die Leiterbahnimpedanz zu steuern, wenn die digitale Grenzgeschwindigkeit höher als 1ns ist oder die analoge Frequenz 300Mhz überschreitet. Einer der wichtigsten Parameter einer PCB trace is its characteristic impedance (das ist, the ratio of voltage to current when the wave is transmitted along the signal transmission line). Die charakteristische Impedanz der Drähte auf der Leiterplatte ist ein wichtiger Indikator für das Leiterplattendesign. Vor allem in der PCB Entwurf von Hochfrequenzschaltungen, Es ist notwendig zu prüfen, ob die charakteristische Impedanz der Drähte mit der charakteristischen Impedanz übereinstimmt, die von der Vorrichtung oder dem 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.

Impedanzkontrolle

Impedanzsteuerung (eImpedanzsteuerung), die Leiter in der Leiterplatte übertragen verschiedene Signale. Um die Übertragungsrate zu erhöhen, muss die Frequenz erhöht werden. Der Impedanzwert ändert sich und das Signal wird verzerrt. Daher sollte der Impedanzwert des Leiters auf der Hochgeschwindigkeits-Leiterplatte innerhalb eines bestimmten Bereichs gesteuert werden, der "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 von PCB-Übertragungsleitungen: Microstrip und Stripline.

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 eigentlichen Leiterplattenherstellung beschichtet die Leiterplattenfabrik 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:

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.

Erläuterung zu W1 und W2:

Der berechnete Wert muss innerhalb des roten Feldes liegen. Der Rest lässt sich analog ableiten.

Im Folgenden wird SI9000 verwendet, um zu berechnen, ob die Anforderungen an die Impedanzsteuerung erfüllt sind:

Berechnen Sie zunächst die einseitige Impedanzsteuerung der DDR-Datenleitung:

TOP-Schicht: Die Kupferdicke ist 0.5OZ, die Leiterbahnbreite ist 5MIL, der Abstand von der Bezugsebene ist 3.8MIL und die Dielektrizitätskonstante ist 4.2. Wählen Sie das Modell, ersetzen Sie in den Parametern und wählen Sie verlustfreie Berechnung, wie in der Abbildung gezeigt:

Beschichten bedeutet Beschichten. Wenn keine Beschichtung vorhanden ist, füllen Sie 0 in Dicke und 1 (Luft) in Dielektrikum (Dielektrikum Konstante).

Substrat repräsentiert die Substratschicht, das heißt die dielektrische Schicht, im Allgemeinen FR-4, die Dicke wird durch Impedanzberechnungssoftware berechnet, und die dielektrische Konstante ist 4.2 (wenn die Frequenz kleiner als 1GHz ist).

Klicken Sie auf das Element Gewicht (oz), Sie können die Kupferdicke des Kupferpflasters einstellen, und die Kupferdicke bestimmt die Dicke der Spur.

9. Das Konzept von Prepreg/Kern der isolierenden Schicht:

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.

10. Angelegenheiten, die Aufmerksamkeit im PCB laminierten Design benötigen:

(1), Warpage Problem

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 hoher Geschwindigkeit können Sie eine zusätzliche Masseschicht hinzufügen, 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) 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.
Für das Ebenenlayout der Hauptplatine für Leiterplatten, it is difficult for the existing Motherboard 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.