Leiterplattentechnisch - Wie steuert PCB die Impedanz?

Wie steuert PCB die Impedanz? Mit der kontinuierlichen Zunahme der Schaltgeschwindigkeit des Leiterplattensignals müssen heutige Leiterplattenplanungshersteller die Impedanz von Leiterplattenspuren verstehen und steuern. Entsprechend der kürzeren Signalübertragungszeit und der höheren Taktrate moderner digitaler Schaltungen sind Leiterplatten-Leiterbahnen keine einfachen Verbindungen mehr, sondern Übertragungsleitungen. In der Praxis ist es notwendig, die Leiterbahnimpedanz zu manipulieren, wenn die digitale Kantengeschwindigkeit höher als 1ns ist oder die analoge Frequenz 300Mhz überschreitet. Einer der Schlüsselparameter einer Leiterplattenführung ist seine charakteristische Impedanz (das heißt das Verhältnis von Spannung zu Strom, wenn die Welle entlang der Signalübertragungsleitung übertragen wird). Die charakteristische Impedanz des Leiters auf der Leiterplatte ist ein wichtiger Indikator für die Leiterplattenplanung, insbesondere bei der Leiterplattenplanung von Hochfrequenzschaltungen, ist es notwendig zu prüfen, ob die charakteristische Impedanz des Leiters und die charakteristische Impedanz, die von der Ausrüstung oder dem Signal benötigt wird, allgemein sind und ob sie übereinstimmen. Dabei handelt es sich um zwei Konzepte: Impedanzmanipulation und Impedanzmanipulation. Die wichtigsten Punkte dieses Artikels sind, die Themen Impedanzmanipulation und Stackplanung zu kommentieren.

ImpedanzsteuerungImpedanzsteuerung (eImpedanzsteuerung), die Leiter in der Leiterplatte übertragen verschiedene Signale. Um seine Übertragungsrate zu erhöhen, ist es notwendig, seine Frequenz zu erhöhen. Änderungen der Impedanz führen zu Verzerrungen des Signals. 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 bestätigt. 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 der Praxis besteht die PCB-Übertragungsleitung im Allgemeinen aus einer Drahtspur, einer oder mehreren Referenzschichten und Isoliermaterialien. Die Leiterbahn und die Leiterplattenschicht bilden die Regelimpedanz. Die Leiterplatte wählt oft eine mehrschichtige Struktur, und die Steuerimpedanz kann auch auf verschiedene Arten konstruiert werden. Unabhängig davon, welche Methode verwendet wird, Der Impedanzwert wird durch seine physikalische Struktur und die elektrischen Eigenschaften des Isoliermaterials bestimmt: Die Breite und Dicke der SignalspurDie Höhe des Kerns oder des vorgefüllten Materials auf beiden Seiten der Leiterbahn und SchichtkonfigurationIsolierkonstante des Kerns und des vorgefüllten Materials Es gibt zwei Hauptformen von Leiterplatten-Übertragungsleitungen: Microstrip und Stripline. Microstrip: Eine Microstrip-Linie ist ein Flachbanddraht, 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. Leistungs- oder Masseebene als Referenz. Wie unten gezeigt: Hinweis: In der praktischen Leiterplattenherstellung beschichtet die Leiterplattenfabrik normalerweise die Oberfläche der Leiterplatte mit einer Schicht grünem Öl. Daher wird in der praktischen Impedanzberechnung das in der folgenden Abbildung gezeigte Modell allgemein für die Berechnung der Oberflächenmikrostreifenlinie verwendet: Stripline: Stripline 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 zur Berechnung der charakteristischen Impedanz erfordert chaotische mathematische Berechnungen. Im Allgemeinen wird das Feldlösungsverfahren verwendet, das die Analyse des Spaltelements beinhaltet. Daher müssen wir mit der speziellen Impedanzberechnungssoftware SI9000 die Parameter der charakteristischen Impedanz steuern: Die Dielektrizitätskonstante Er der Isolierschicht, die Verdrahtungsbreite W1, W2 (Trapez), die Verdrahtungsdicke T und die Isolierschichtdicke H.Erklärung zu W1 und W2: Der berechnete Wert muss innerhalb des roten Kastens sein. Andere Bedingungen können durch Analogie abgeleitet werden. Im Folgenden wird SI9000 verwendet, um zu berechnen, ob die Impedanzsteuerungsanforderungen erfüllt sind: Berechnen Sie zuerst die einseitige Impedanzsteuerung der DDR-Datenleitung: TOP-Schicht: die Kupferdicke ist 0.5OZ, die Leiterbahnbreite ist 5MIL, der Abstand von der Referenzebene ist 3.8MIL und die Dielektrizitätskonstante ist 4.2. Wählen Sie das Modell aus, ersetzen Sie die Parameter und wählen Sie die verlustfreie Berechnung, wie in der Abbildung gezeigt: Beschichtung zeigt die Beschichtungsschicht an. Wenn keine Beschichtungsschicht vorhanden ist, füllen Sie 0 in Dicke und 1 (Luft) in Dielektrikum (Dielektrizitätskonstante). Substrat gibt an, dass die Substratschicht, das heißt die dielektrische Schicht, im Allgemeinen FR-4 wählt, die Dicke durch Impedanzberechnungssoftware berechnet wird und die dielektrische Konstante 4.2 ist (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 Isolierschicht: 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 in der Regel CORE und PP in Zusammenarbeit verwendet, CORE und CORE werden mit PP.10 verklebt. Angelegenheiten, die bei der PCB-Stapelplanung beachtet werden müssen:(1), VerzugsproblemDer PCB-Laminatplan sollte symmetrisch sein, das heißt, die dielektrische Dicke jeder Schicht und die Kupferdicke sind symmetrisch. Nehmen Sie die sechsschichtige Platine, die dielektrische Dicke und Kupferdicke von TOP-GND und BOTTOM-POWER sind die gleichen, GND-L2 Gleiche mit der dielektrischen Dicke und Kupferdicke von L3-POWER. Auf diese Weise entsteht beim Laminieren kein Verzug. (2) Die Signalschicht sollte eng mit der nahen Bezugsebene gekoppelt sein (das heißt, die dielektrische Dicke zwischen der Signalschicht und der nahen Kupferschicht sollte klein sein); Das Leistungskupfer und das Erdkupfer sollten fest gekoppelt sein. (3) Unter sehr schnellen Bedingungen ist es möglich, die redundante Masseschicht zu verbinden, um die Signalschicht zu blockieren, aber es wird empfohlen, nicht mehrere Leistungsschichten zu blockieren, die unnötige Störgeräusche verursachen können. (