L'actualité PCB - Conception de via de contrôle d'impédance PCB

Pour maintenir l'intégrité du signal de la carte PCB, une méthode unique de couche d'interconnexion (via) doit être utilisée pour adapter l'impédance de la ligne imprimée. Avec des vitesses de communication de données supérieures à 3 Gbps, l'intégrité du signal est essentielle pour une transmission fluide des données. En raison de ces disproportions d'impédance, les concepteurs de cartes tentent d'éliminer chaque disproportion d'impédance sur le chemin du signal à grande vitesse.

Pour maintenir l'intégrité du signal PCB, une méthode unique de couche d'interconnexion (via) doit être utilisée pour adapter l'impédance de la ligne imprimée.

Avec des vitesses de communication de données supérieures à 3 Gbps, l'intégrité du signal est essentielle pour une transmission fluide des données. Les concepteurs de cartes tentent d'éliminer toutes les disproportions d'impédance dans le chemin du signal à grande vitesse, car ces disproportions d'impédance créent une gigue et réduisent l'ouverture de l'oeil de données - réduisant ainsi non seulement la distance de transmission des données, Il minimise également les marges des spécifications génériques de gigue telles que SONET (Synchronous Optical Network) ou XAUI (10Gb Assisted Cell Interface).

Avec l'augmentation de la densité de signal sur la carte de circuit imprimé, plus de couches de transmission de signal sont nécessaires et la transmission via les interconnexions inter - couches (Vias) est inévitable. Dans le passé, les Vias représentaient une source importante de distorsion du signal, car leur impédance était généralement de l'ordre de 25 à 35. Cette grande discontinuité d'impédance réduira l'ouverture du diagramme de l'œil de données de 3 DB et créera beaucoup de gigue en fonction du débit de données. Ainsi, les concepteurs de cartes tentent soit d'éviter l'utilisation de trous traversants sur les lignes à grande vitesse, soit d'expérimenter de nouvelles techniques telles que le perçage ou les trous borgnes. Ces méthodes, bien que utiles, augmentent la complexité et augmentent considérablement le coût de la carte.

Les deux canaux ne mesurent que 2,8 pouces de long, mais l'effet du trou traversant est clairement visible. Les Vias classiques (courbes jaunes) atténuent plusieurs fréquences, ce qui entraîne un temps de montée du diagramme de données plus faible et plus lent que les Vias contrôlés par impédance (courbes vertes).

La désadaptation d'impédance doit être aussi faible que possible. Même les mésappariements peuvent apparaître aux fréquences discrètes de la courbe s21 et affecter la qualité du signal. Tant que les paramètres de conception importants tels que l'espacement, la largeur de la ligne d'impression et la largeur de la zone de soudage sont respectés, les performances des Vias de contrôle d'impédance peuvent être améliorées. Par example, la dimension du bord concave (ou de l'espace) d'un via de signal est essentielle. Il doit s'agir au moins de la différence entre la distance a et le diamètre d entre le via de signal et le via de terre pour que le bord concave du via de signal puisse atteindre le via de terre. Sinon, le métal dans la couche de terre, la couche d'alimentation ou les deux sera trop proche du via de signal, générant une capacité supplémentaire inutile et réduisant l'impédance du via en dessous de la valeur calculée de 50.

De même, chaque trou traversant reliant la ligne microruban supérieure ou inférieure à la ligne microruban interne produit une ligne transversale tronquée. Lorsque la courte longueur latérale est inférieure au temps de montée du signal, la courte longueur latérale est presque imperceptible. Si les courtes longueurs latérales sont longues, cela peut entraîner une distorsion considérable du signal. Par exemple, dans un système avec un temps de montée du signal d'environ 50 ps et un débit de signal de 3125 Gbps, le signal d'un tronc de 40 miles de long court - circuite environ 14 ps. Dans le mauvais cas, le tronc est un quart de la longueur d'onde de la fréquence importante, de sorte que le tronc court - circuite avec cette fréquence, ce qui entraîne la disparition du signal d'origine.

La formule ci - dessus suppose que les diamètres des Vias de signal et de masse sont identiques. Pour utiliser des diamètres différents, vous devez modifier la formule Capacitive. Le concepteur doit choisir le diamètre du trou traversant en fonction de la largeur de la ligne d'impression à connecter. Si la ligne d'impression est beaucoup plus petite que le via, la transition de la ligne d'impression 50Í à la zone de soudure du via entraînera une discontinuité d'impédance inutile. Le concepteur doit également tenir compte de la distance entre le via de terre et la ligne imprimée à connecter. Cela devient un problème lorsque la distance entre le via de terre et la ligne imprimée est inférieure à la distance entre la ligne imprimée et la couche de référence, ce qui entraîne une capacité supplémentaire de la ligne imprimée, réduisant ainsi l'impédance de la ligne imprimée à moins de 50 µm. Par example, sur la plaque de test, la distance entre la ligne d'impression de signal et le via de terre est d'environ 11 mils et la ligne d'impression est d'environ 10 mils au - dessus de la couche de référence de terre.

Une autre considération de conception importante est la taille de la zone de soudage, car chaque trou traversant reliant la ligne d'impression nécessite une zone de soudage. La zone de soudage doit être aussi petite que possible, car la distance entre la zone de soudage et le via de terre est inférieure à la distance entre le via de signal et le via de terre. En raison de ces zones, les distances sont raccourcies, la capacité augmente et l'impédance totale diminue.

Dans une conception typique, il n'y a pas toujours quatre trous de mise à la terre. Tant que le courant de retour a un chemin de VDD à la masse à travers un condensateur de dérivation à proximité, la configuration du via est aussi bonne que celle du via d'alimentation.

Par example, on considère maintenant une carte comportant une telle configuration de via dans une broche de sortie BGA à maille de 1 mm. Comme il s'agit d'une broche de sortie fixe, vous ne pouvez connecter que deux Vias externes à la terre; Deux autres Vias sont connectés au VDD. Cette structure via fonctionne bien, car vous pouvez également connecter un condensateur de dérivation SMD entre la masse dans le VDD et le BGA.

Vous pouvez également utiliser cette structure de via pour le signal différentiel. Le signal différentiel peut partager deux Vias externes, ce qui économise de l'espace sur la carte. En raison de l'espace limité au sein du BGA, Texas Instruments a adopté cette approche lors du Comité d'évaluation de l'émetteur - récepteur XAUI. Pour les Vias commandés en impédance, la taille de l'espacement entre les couches n'a pas d'importance, car c'est le Vias mis à la masse et non la couche métallique qui forme la capacité. Cependant, les Vias traditionnels dépendent de la capacité inter - couches. Ainsi, même si l'épaisseur de la plaque ne varie pas, des Vias spéciaux doivent être conçus pour les différentes couches empilées.