Leiterplattentechnisch - Charakteristische Impedanz des Hochgeschwindigkeits-PCB-Designs

In Hochgeschwindigkeits-PCB Design, Wir führen häufig charakteristische Impedanzsteuerungen an Hochgeschwindigkeitssignalleitungen durch, um die Signalqualität zu optimieren. Was ist die charakteristische Impedanz?

1. Grundsatz der Übertragungsleitung

Bevor Sie die charakteristische Impedanz einführen, überprüfen Sie die Grundprinzipien der Übertragungsleitungen, die im "Signal Integrity Video" vorgestellt wurden. Die linke Seite der Abbildung unten ist das RLGC-Modell mit Lumpenparametern für die Niederfrequenzschaltung und das RLGC-Modell mit verteilten Parametern für die Hochfrequenzschaltung auf der rechten Seite.

Das Lösen der Übertragungsleitungsgleichung ist einfach für Sie, und ich werde sie hier nicht vorstellen. Das Ergebnis der Gleichung ist, dass wir die Dämpfungskonstante, die charakteristische Impedanz, die Phasenverschiebungskonstante usw. der Leiterplattenübertragungsleitung erhalten können. Die spezifische Bedeutung wird ausführlich in "Signal Integrity Video" beschrieben. Hier stellen wir hauptsächlich die Anwendung der PCB-charakteristischen Impedanz vor. Die folgende Formel ist die charakteristische Impedanz, die durch Lösen der Gleichung erhalten wird, aber sie ist nicht sehr nützlich, da Sie die R, L, G und C nicht kennen können, die der Einheitslänge entsprechen.

2. Der Einfluss der charakteristischen Impedanzanpassung

Die charakteristische Impedanz der Übertragungsleitung bezieht sich auf die Impedanz, die jedem Punkt auf der Leitung entspricht, wenn Hochgeschwindigkeitssignale auf der Leiterplattenleitung übertragen werden. Wir hoffen, dass sich die charakteristische Impedanz der Übertragungsleitung nicht plötzlich ändert, weil eine plötzliche Änderung der Übertragungsleitung Signalreflexion verursacht, die die Signalqualität beeinflusst.

3. Auswahl der charakteristischen Impedanz

Die charakteristische Impedanz der Leiterplatte wird durch den passenden Widerstand ZL am Lastende bestimmt, abhängig von den Spezifikationen der verschiedenen Schnittstellen. Der charakteristische Impedanzfehler wird hauptsächlich durch die Leiterplatte Fabrikprozess, und kann im Allgemeinen innerhalb von 5%-10%gesteuert werden. Das Folgende ist eine gemeinsame Schnittstelle PCB Impedanzsteuerung.

USB Differentialkabel 90Ω

PCIE Differenzlinie 100Ω

RF einseitige Übertragungsleitung 50Ω

Gewöhnliche einseitige Übertragungsleitung 50Ω

4. Design der charakteristischen Impedanz der Leiterplatte

Derzeit verwenden Leiterplattenhersteller oft polare si9000-Software, um die charakteristische Impedanz zu berechnen. Nehmen Sie die einseitige Signalleitung als Beispiel unten. Es gibt vier Einstellparameter: dielektrische Konstante, dielektrische Dicke, Linienbreite und Kupferfoliendicke.

Dielektrizitätskonstante Er1: Die dielektrische Konstante des Blattes, im Allgemeinen 4.2-4.5 für FR4-Blatt.

Mittlere Stärke H1: die Dicke des Blechs oder PP.

Linienbreite W1/W2: die Linienbreite der Leiterplattenverdrahtung.

Kupferfoliendicke: Entsprechend der tatsächlichen Situation gibt es 0.5/1/2 OZ und so weiter.

Aus der Berechnung der 50Ω einseitigen Signalleitung oben sollte jeder klar wissen, warum es schwierig ist, 50Ω Impedanzanpassungen für die Signalleitung der 2-Lagen-Platine durchzuführen?

5. Ist die charakteristische Impedanz OK?

Durch die obige prinzipielle Einführung und Softwarebedienung können Sie grundsätzlich einfach eine Leiterplatte mit charakteristischer Impedanzanpassung entwerfen.

Aber sehen Sie sich das Beispiel von "PCIE 3".0 Simulationsvideo", Die Schlüsselindikatoren für die Bewertung der Übertragungsverbindung sind hauptsächlich S11 und S21. Die charakteristische Impedanzanpassung garantiert nur S11. Für Fernstrecken, Leiterplattenverdrahtung über GHZ, Der Einfluss von S21 ist wichtiger. So unter Sicherstellung der charakteristischen Impedanz, S21 auch die Anforderungen erfüllen lassen, to show that your PCB-Design ist OK.