PCB設計における信号完全性の解析

2021-11-09

Author：Kavie

柔軟で剛直な PCBボード これらのボードがますますエレクトロニクスで使われているので、必然です. これらのシステムはまた、分離のための接地層を必要とし、無線プロトコルのためのRFおよびデジタル参照を分離する. 高速度と周波数は信号完全性問題の可能性を生み出す, PCBの接地層の位置及び幾何学に関連する多くのもの.

可撓性および剛性の可撓性プレート上の一貫した0 V基準を提供する一般的な方法は、可撓性リボン上に陰影のある線またはグリッド状の接地面を使用することである。これは、広い周波数範囲にわたって依然としてシールドを提供することのできる大きな導体を提供し、一方、可撓性バンドが過度の剛性を生じさせることなく曲げることができる。しかしながら、信号完全性問題は2つの領域で起こります。

一貫した配線インピーダンス、遮蔽と分離を確実にして、ハッチ構造の繊維編みに類似した影響を防ぎます。

高速PCB回路

フロアプラン

基本的な意味では、プロファイルは他のグランドプレーンのように動作します。トレースが所望のインピーダンスを有するように設計されることができるように、それは一貫した参照を提供することを目的とする。任意の一般的な伝送線路形状（マイクロストリップライン、リボンライン、または導波管）は、網状接地面を有する硬質またはフレキシブルPCBに配置することができる。可撓性バンドの表層にシャドウラインを配置する銅領域は、低周波数固体銅とほぼ同様の効果をもたらす。

ネットワークグランドプレーンを有する可撓性ストリップ上のストリップ及びマイクロストリップ配線のための一般的な構成を以下に示す。

弾性リボン上のグリッド接地平面パターン

このメッシュ構造は剛体板で使用することができます、しかし、私はそれを実際に見ませんでした。代わりに、メッシュパターンは、妥当なフレキシブルバンドを必要とするインピーダンス制御の必要性をバランスさせるために、可撓性／剛性フレキシブルプレートにおいて使用される。あなたはトレースやパターンを充填パターンを設計しているかどうか、静的および動的な柔軟なリボンだけでなく、IPC 2223標準の実践に従ってください。

インピーダンス制御

単一の端部または差動対を使用する1つのオプションは、固体の銅を配線の直下の平坦な層に配置し、回路内の他の場所にメッシュを配置することである。ルーティングが非常に濃くなるならば、あなたは至る所で格子を使う必要があります。グリッドが選択されるならば、より大きな柔軟性があるが、遮蔽分離はより低く、インピーダンス制御条件は変化する。

上述したように、グリッド平面構造は、2つの幾何学的パラメータを有する。これらのパラメータを変更すると、次の効果が得られます。

グリッド領域を開く（増加することによってグリッド開口を増加させる）は、他のパラメータが一定のままであると仮定してインピーダンスを増加させる。これもリボンをより簡単に曲げることができます。

他のパラメータを一定に保ちながらWを増加させると、グリッド領域が閉じられ、インピーダンスが増加する

これは、リボンパターンをより強く（より多くの力で）曲げることを作ります。

標準接地のインピーダンスを制御する他のパラメータは、グリッド接地面を使用する場合と同様の効果を有する。高周波数を入力した後、伝送線の周りの非TEMパターンを励起し、繊維織りに似た効果を見ることができます。

フレックス炭素ストリップは繊維編みを持っているか？

これは、グリッドパターンがFR 4や他のラミネートで使用されるガラス織りパターンに似て開始できるため、PCB上のグリッド接地面が非常に興味深いところである。その結果、我々は現在、我々は通常滑らかで、比較的均一な基板の繊維織りについて心配しなければならない状況に戻っています。これらの効果は、進行波の帯域幅がメッシュの1つ以上の共鳴と重なるときに生じる。ポリイミド上のl＝60ミルに対しては，秩序共鳴は50 ghzとなる。

剛性のPCBまたはフレキシブルPCB基板上であるかどうかにかかわらず、デジタル信号がグリッド接地面のトラックに沿って伝播するので、これらの陰にされたライン構造は強い放射を生成できる。より多くのフレックスアプリケーションがより高い周波数で開くと、いくつかの理由で私はこれらの効果をグリッド接地面でフレックスリボンで悪化することを期待した。

高Q共鳴

従来のガラス織物基板の場合と同様に、メッシュは特定の周波数で励起されたときに共鳴を支持するキャビティ構造を形成する。キャビティの壁が非常に伝導性（銅）であるので、グリッド接地面のこれらの共振キャビティは非常に高いQ値を有する。したがって、それはより低い損失およびより高いQ共振を有する。これは、キャビティ放出および共振電力損失の増加をもたらす。

オープングリッドの低分離

網目状接地面は、通常、繊維編組キャビティから放射された任意の放射EMIが、プレートの縁に沿って放射されることを保証する。グリッドは開放キャビティを有しているので、それは分離されず、可撓性炭素バンドの表面に沿って放射することもできる。これは逆の効果を持ちます：配線が放射線を放出しそうである間、それは外部EMIにもより影響されやすいです。

これらの問題を解決するために、より堅いガラスの編みが繊維編み効果を防ぐのに用いられるように、より堅いメッシュを使用してください。フレキシブルで堅牢な-フレキシブルPCBは、PCBランドスケープの一部であり、より新しい生産能力でより進歩し続けます。