Technologie PCB - Contrôle d'impédance PCB [traitement PCBA]

Contrôle d'impédance de carte PCB traitement de carte PCB avec l'augmentation continue de la vitesse de commutation des signaux de carte PCB, les concepteurs de PCB d'aujourd'hui doivent comprendre et contrôler l'impédance des traces de carte PCB. Correspondant à des temps de transmission de signal plus courts et à des cadences d'horloge plus élevées pour les circuits numériques modernes, les traces de PCB ne sont plus de simples connexions, mais des lignes de transmission.

En pratique, il est nécessaire de contrôler l'impédance de trace lorsque la vitesse de bord numérique est supérieure à 1 ns ou lorsque la fréquence analogique dépasse 300 MHz. L'un des paramètres clés d'une trace de PCB est son impédance caractéristique (c'est - à - dire le rapport de la tension au courant lorsqu'une onde est transmise le long d'une ligne de transmission de signal). L'impédance caractéristique des fils sur une carte de circuit imprimé est un indicateur important de la conception de la carte. En particulier, dans la conception de circuits PCB haute fréquence, il est nécessaire de considérer si les impédances caractéristiques des fils sont cohérentes avec les impédances caractéristiques requises par le dispositif ou le signal et si elles sont adaptées. Cela implique deux concepts: le contrôle d'impédance et l'adaptation d'impédance. Cet article examine principalement les problèmes de contrôle d'impédance et de conception d'empilement.

Contrôle d'impédance

Contrôle d'impédance (contrôle d'impédance), les conducteurs de la carte transmettront divers signaux. Pour augmenter le taux de transmission, il faut augmenter la fréquence. La valeur de l'impédance change et le signal est déformé. La valeur de l'impédance d'un conducteur sur une carte à grande vitesse doit donc être contrôlée dans une certaine plage, c'est ce qu'on appelle le "contrôle d'impédance".

L'impédance d'une trace de PCB sera déterminée par son inductance inductive et Capacitive, sa résistance et sa conductivité. Les principaux facteurs qui affectent l'impédance des traces de PCB sont: la largeur du fil de cuivre, l'épaisseur du fil de cuivre, la constante diélectrique du support, l'épaisseur du support, l'épaisseur des plots, le chemin du fil de masse et le câblage autour du fil. Les impédances de PCB vont de 25 à 120 ohms.

Dans la pratique, les lignes de transmission PCB sont généralement constituées de pistes conductrices, d'une ou plusieurs couches de référence et d'un matériau isolant. Les traces et la couche de plaque constituent l'impédance de contrôle. Les PCB adoptent généralement une structure multicouche et l'impédance de contrôle peut également être construite de différentes manières. Cependant, quelle que soit la méthode utilisée, la valeur de l'impédance sera déterminée par sa structure physique et les caractéristiques électriques du matériau isolant:

Largeur et épaisseur des traces de signal

Hauteur du noyau ou du matériau pré - rempli des deux côtés de la trace

Configuration des traces et des couches

Constantes d'isolation du coeur et des matériaux de pré - Remplissage

Il existe deux formes principales de lignes de transmission PCB: les lignes microruban et les lignes ruban.

Microbandes:

Une ligne microruban est un type de fil ruban qui fait référence à une ligne de transmission avec un plan de référence sur un seul côté. Le dessus et les côtés sont exposés à l'air (un revêtement peut également être appliqué) et il se trouve sur la surface de la carte de circuit imprimé à constante d'isolation er. Le plan d'alimentation ou plan de masse est une référence. Comme suit:

Remarque: dans la fabrication réelle de PCB, l'usine de cartes applique généralement une couche d'huile verte sur la surface du PCB. Ainsi, dans le calcul réel de l'impédance, les lignes microruban de surface sont généralement calculées à l'aide du modèle illustré sur la figure suivante:

Les stries:

Les fils rubans sont des fils rubans placés entre deux plans de référence. Comme représenté sur la figure suivante, les constantes diélectriques du diélectrique, représentées par H1 et H2, peuvent être différentes.

Les deux exemples ci - dessus ne sont que des démonstrations typiques des lignes microruban et ruban. Il existe de nombreux types de lignes microruban et de lignes ruban spécifiques, telles que les lignes microruban revêtues, qui sont associées à des structures de stratifié PCB spécifiques.

Les équations utilisées pour calculer l'impédance caractéristique nécessitent des calculs mathématiques complexes, généralement en utilisant des méthodes de résolution de champ, y compris une méta - analyse limite, donc avec le logiciel de calcul d'impédance dédié si9000, tout ce que nous avons à faire est de contrôler les paramètres de l'impédance caractéristique:

La constante diélectrique er de la couche isolante, les largeurs de traces W1, W2 (trapèze), l'épaisseur de traces T et l'épaisseur de couche isolante H.

Description de W1 et W2:

La valeur calculée doit être dans la case rouge. Le reste peut être déduit par analogie.

Ce qui suit utilise si9000 pour calculer si les exigences de contrôle d'impédance sont satisfaites:

Le contrôle d'impédance à une extrémité de la ligne de données DDR est d'abord calculé:

Couche supérieure: épaisseur de cuivre de 0,5 OZ, largeur de trace de 5 Mil, distance du plan de référence de 3,8 mil et constante diélectrique de 4,2. Sélectionnez le modèle, Remplacez les paramètres, sélectionnez le calcul sans perte comme indiqué dans la figure:

Revêtement signifie revêtement. S'il n'y a pas de revêtement, il est rempli d'une épaisseur de 0 et d'un diélectrique (constante diélectrique) de 1 (air).

Le substrat représente la couche de substrat, c'est - à - dire la couche diélectrique, généralement fr - 4, d'épaisseur calculée par le logiciel de calcul d'impédance et de permittivité diélectrique de 4,2 (lorsque la fréquence est inférieure à 1 GHz).

En cliquant sur l'élément "poids (onces)", vous pouvez définir l'épaisseur du cuivre pavé, qui détermine l'épaisseur de la trace.

9. Concept de préimprégné / noyau de la couche isolante:

Le PP (préimprégné) est un matériau diélectrique composé de fibres de verre et de résine époxy. Le noyau est en fait un support de type PP, mais il est recouvert d'une feuille de cuivre sur les deux côtés, alors que le PP ne l'est pas. Lors de la fabrication de panneaux multicouches, le Core et le PP sont généralement utilisés en combinaison, le Core et le Core étant collés au pp.

10. Les choses que la conception de stratifié de PCB doit faire attention:

(1), problème de déformation

La conception du stratifié PCB doit être symétrique, c'est - à - dire que l'épaisseur diélectrique de chaque couche et l'épaisseur de cuivre de chaque couche sont symétriques. En prenant l'exemple d'un panneau à six couches, l'épaisseur diélectrique de top - GNd et Bottom - power est la même que celle du cuivre et celle de GNd - L2 est la même que celle de Bottom - power. L3 - Power a la même épaisseur diélectrique que le cuivre. Aucun gauchissement ne se produit pendant le laminage.

(2) la couche de signal doit être étroitement couplée au plan de référence adjacent (c’est - à - dire que l’épaisseur diélectrique entre la couche de signal et la couche de cuivre adjacente doit être faible); Le cuivre d'alimentation et le cuivre de mise à la terre doivent être étroitement couplés.

(3) À très haute vitesse, une couche de terre supplémentaire peut être ajoutée pour isoler la couche de signal, mais il est recommandé de ne pas isoler plusieurs couches d'alimentation, ce qui peut causer des interférences sonores indésirables.

(4) la distribution des couches de conception stratifiées typiques est indiquée dans le tableau suivant:

(5) Principe général de la disposition des couches: la partie inférieure de la surface de l'élément (deuxième couche) est le plan de masse, fournissant une couche de blindage du dispositif et un plan de référence pour le câblage de la couche supérieure; Toutes les couches de signal sont aussi proches que possible du plan de masse; Essayez d'éviter que les deux couches de signal soient directement adjacentes; L'alimentation principale doit être aussi proche que possible de l'alimentation principale; Compte tenu de la symétrie de la structure en cascade.pour la disposition en couches des cartes mères PCB, il est difficile pour les cartes mères existantes de contrôler le câblage longue distance en parallèle. Pour les fréquences de fonctionnement au niveau de la plaque au - dessus de 50 MHz (en se référant au cas en dessous de 50 MHz avec un relâchement approprié), le principe de disposition est recommandé: la surface du composant et la surface de soudure sont un plan de masse complet (blindé); Pas de couches de câblage parallèles adjacentes; Toutes les couches de signal sont aussi proches que possible du plan de masse; Le signal de touche est adjacent au sol et ne traverse pas la cloison.