Notizie PCB - Impedenza PCB controllata attraverso la progettazione del foro

Per mantenere l'integrità del segnale della scheda PCB, dovrebbe essere utilizzato un metodo unico di interconnessione degli strati (fori passanti) per abbinare l'impedenza della linea stampata. Poiché la velocità della comunicazione dei dati aumenta a oltre 3 Gbps, l'integrità del segnale è fondamentale per una trasmissione fluida dei dati. I progettisti di circuiti stampati cercano di eliminare ogni disallineamento di impedenza lungo un percorso di segnale ad alta velocità a causa di questi disallineamenti di impedenza

Per mantenere l'integrità del segnale PCB, dovrebbe essere utilizzato un metodo unico di interconnessione degli strati (fori passanti) per abbinare l'impedenza della linea stampata.

Poiché la velocità della comunicazione dei dati aumenta a oltre 3 Gbps, l'integrità del segnale è fondamentale per una trasmissione fluida dei dati. I progettisti di circuiti stampati cercano di eliminare ogni disallineamento di impedenza nel percorso dei segnali ad alta velocità, perché questi disallineamenti di impedenza possono produrre jitter e ridurre l'apertura degli occhi dei dati - così non solo accorciando la distanza di trasmissione dei dati, ma anche minimizzando il margine delle specifiche di jitter di uso generale come SONET (rete ottica sincrona) o XAUI (interfaccia cellulare sussidiaria 10Gb).

Man mano che la densità del segnale su un circuito stampato aumenta, sono necessari più strati di trasporto del segnale e la trasmissione tramite interconnessioni intercalari (fori passanti) è inevitabile. In passato, i fori passanti hanno rappresentato una fonte significativa di distorsione del segnale perché la loro impedenza è tipicamente di circa 25-35 ‰. Una discontinuità di impedenza così grande ridurrebbe l'apertura della mappa oculare dei dati di 3dB e produrrebbe un sacco di jitter a seconda della velocità dei dati. Di conseguenza, i progettisti di circuiti stampati cercano di evitare l'uso di fori passanti sulle linee ad alta velocità o di provare nuove tecniche, come fori forati o ciechi. Questi metodi, pur essendo utili, possono aggiungere complessità e aumentare notevolmente i costi del board.

Entrambi i canali sono lunghi solo 2,8 pollici, ma l'effetto del foro passante è chiaramente visibile. Il foro passante convenzionale (curva gialla) attenua le frequenze multiple, con conseguente un tempo di salita più piccolo e più lento del grafico dati rispetto all'impedenza controllata attraverso il foro (curva verde).

Il disallineamento di impedenza dovrebbe essere il più piccolo possibile. Anche il disallineamento apparirà ad una frequenza discreta della curva S21 e influenzerà la qualità del segnale. È possibile migliorare le prestazioni dei fori passanti controllati dall'impedenza purché soddisfino importanti parametri di progettazione come spaziatura, larghezza della linea stampata e larghezza della zona di saldatura. Ad esempio, la dimensione del bordo concavo (o spazio) del segnale attraverso il foro è critica. Deve essere almeno la differenza tra la distanza A e il diametro D tra il segnale attraverso il foro e il terreno attraverso il foro, in modo che il bordo concavo del segnale attraverso il foro possa toccare il terreno attraverso il foro. In caso contrario, il metallo nello strato di messa a terra, nello strato di potenza o entrambi si avvicinerà troppo al segnale attraverso il foro, generando capacità aggiuntive indesiderate e abbassando l'impedenza attraverso il foro al di sotto del 50 Ï � calcolato.

Allo stesso modo, ogni foro passante che collega la linea di microscatto superiore o inferiore alla linea di microscatto interna produce una linea trasversale stub. Quando la lunghezza trasversale corta è inferiore al tempo di salita del segnale, la trasversale corta è quasi impercettibile. Se la lunghezza trasversale corta è lunga, può essere causata una notevole distorsione del segnale. Ad esempio, uno stub lungo 40 miglia ha una lunghezza di esecuzione del segnale di circa 14ps in un sistema con un tempo di aumento del segnale di circa 50ps e una velocità di segnale di 3,125Gbps. Nel caso negativo, lo stub è un quarto della lunghezza d'onda di una frequenza importante, quindi lo stub è cortocircuito a quella frequenza, causando la scomparsa del segnale originale.

Le formule di cui sopra presuppongono che il diametro del segnale attraverso il foro e il terreno attraverso il foro sono gli stessi. Per utilizzare diametri diversi, è necessario modificare la formula di capacità. Il progettista dovrebbe selezionare il diametro del foro passante in base alla larghezza della linea stampata da collegare. Se la linea stampata è molto più piccola del foro passante, la transizione dalla linea stampata 50 Ï alla zona di saldatura passante causerà discontinuità indesiderate di impedenza. Il progettista dovrebbe anche considerare la distanza tra il terreno attraverso il foro e la linea stampata da collegare. Questo diventa un problema quando la distanza tra il foro del terreno e la linea stampata è inferiore alla distanza tra la linea stampata e lo strato di riferimento, con conseguente capacità aggiuntiva della linea stampata e quindi ridotta l'impedenza della linea stampata a meno di 50 Ï �. Ad esempio, sulla scheda di prova, la distanza tra la linea di stampa del segnale e il foro passante del suolo è di circa 11 mil e la linea di stampa è di circa 10 mil sopra lo strato di riferimento del suolo.

Un'altra considerazione importante di progettazione è la dimensione della zona di saldatura, poiché ogni foro passante che collega la linea stampata richiede una zona di saldatura. La zona di saldatura dovrebbe essere il più piccola possibile perché la distanza dalla zona di saldatura al terreno attraverso il foro è inferiore alla distanza dal segnale attraverso il foro al terreno attraverso il foro. A causa di queste zone, la distanza è accorciata, la capacità è aumentata e l'impedenza totale è ridotta.

In un design tipico, non ci sono sempre quattro fori passanti di messa a terra. Finché la corrente di ritorno ha un percorso dal VDD a terra attraverso un vicino condensatore by-pass, la configurazione del foro passante è buona quanto l'alimentazione attraverso il foro passante.

Ad esempio, ora considerare un circuito stampato che include questa configurazione di foro passante in un pin di uscita BGA con una griglia di 1 mm. Poiché si tratta di un pin di uscita fisso, è possibile macinare solo i due fori passanti esterni; Gli altri due fori passanti sono collegati al VDD. Questa struttura a foro passante funziona bene perché è anche possibile collegare il condensatore bypass SMD tra il VDD e la massa nel BGA.

È anche possibile utilizzare questa struttura passante per segnali differenziali. I segnali differenziali possono condividere due fori passanti esterni, risparmiando spazio sul bordo. Texas Instruments ha adottato questo approccio nella scheda di valutazione per i suoi ricetrasmettitori XAUI a causa dello spazio limitato all'interno del BGA. Per i fori passanti controllati dall'impedenza, la dimensione della spaziatura tra gli strati intermedi non importa perché sono i fori passanti a terra, non lo strato metallico, a formare la capacità. Tuttavia, i fori passanti convenzionali dipendono dalla capacità dell'intercalare. Pertanto, anche se lo spessore della tavola non cambia, è necessario progettare fori passanti speciali per diversi strati di impilamento.