PCB 뉴스 - PCB 임피던스 제어 통공 설계

PCB 보드 신호의 무결성을 유지하기 위해서는 인쇄 회로 임피던스와 일치하는 고유한 상호 연결 레이어 (구멍) 방법을 사용해야합니다.데이터 통신 속도가 3Gbps 이상으로 향상됨에 따라 신호 무결성은 데이터의 원활한 전송에 필수적입니다.이러한 임피던스 오류로 인해 회로 기판 설계자는 고속 신호 경로의 각 임피던스 오류를 제거하려고 시도합니다.

PCB 신호의 무결성을 유지하기 위해서는 인쇄 회선 임피던스와 일치하는 고유한 상호 연결 레이어 (구멍) 방법을 사용해야 합니다.

데이터 통신 속도가 3Gbps 이상으로 향상됨에 따라 신호 무결성은 데이터의 원활한 전송에 필수적입니다.보드 설계자는 고속 신호 경로의 각 임피던스를 제거하려고 합니다. 이러한 임피던스는 디더링을 생성하고 데이터 눈을 줄여 데이터 전송 거리를 줄일 뿐만 아니라또한 SONET (동기식 광 네트워크) 또는 XAUI (10Gb 보조 동네 인터페이스) 와 같은 범용 디더링 사양의 여유를 최소화합니다.

인쇄회로기판의 신호밀도가 증가함에 따라 더욱 많은 신호전송층이 필요하며 층간의 상호련결 (통공) 을 통한 전송은 불가피하다.과거에는 일반적으로 임피던스가 약 25 ~ 35 ࠉ이므로 통공이 신호 왜곡의 중요한 원천을 나타냈습니다.이러한 임피던스 불연속성은 데이터 아이맵의 개구를 3dB 감소시키고 데이터 속도에 따라 많은 양의 디더링을 발생시킵니다.따라서 회로 기판 설계자는 고속 회선에서 구멍을 사용하지 않으려고 시도하거나 드릴링 또는 블라인드 구멍과 같은 새로운 기술을 시도합니다.이러한 접근 방식은 유용하지만 복잡성이 증가하고 보드 비용이 크게 증가합니다.

두 채널 모두 길이가 2.8인치에 불과하지만 구멍 통과 효과가 선명합니다.기존 구멍 (노란색 곡선) 은 여러 주파수를 감쇠시켜 데이터 맵의 상승 시간이 임피던스 제어 구멍 (녹색 곡선) 보다 작고 느려집니다.

, 임피던스 미스매치는 가능한 한 작아야 합니다.어긋나도 S21 커브의 개별 주파수에 나타나고 신호 품질에 영향을 미칩니다.피치, 플롯 선가중치 및 용접 영역 너비와 같은 중요한 설계 매개변수만 충족하면 임피던스 제어 구멍의 성능이 향상됩니다.예를 들어, 신호 통과 구멍의 오목 모서리 (또는 클리어런스) 의 크기가 중요합니다.이는 적어도 신호통공과 접지통공 사이의 거리 A와 직경 D 사이의 차이여야 하며 이렇게 해야만 신호통공의 오목한 변두리가 접지통동에 접촉할수 있다.그렇지 않으면 접지층, 전원층 또는 둘 다의 금속이 신호 구멍에 너무 가까워져 불필요한 추가 용량을 생성하고 구멍 임피던스를 계산된 50 ° 이하로 낮출 수 있습니다.

이와 유사하게 위쪽 또는 아래쪽 마이크로밴드 선을 내부 마이크로밴드 선의 각 구멍에 연결하면 짧은 절단선 가로줄이 생성됩니다.짧은 가로의 길이가 신호의 상승 시간보다 작을 때, 짧은 가로의 길이는 거의 감지할 수 없다.짧은 가로 길이가 길면 상당한 신호 왜곡이 발생할 수 있습니다.예를 들어 신호 상승 시간이 약 50ps, 신호 속도가 3.125Gbps인 시스템에서 40마일 길이의 단절선의 신호 작동 길이는 약 14ps다. 나쁜 경우 단절선은 중요 주파수 파장의 4분의 1이기 때문에 단절선은 이 주파수와 단락돼 원래 신호가 사라진다.

위의 공식은 신호 통과 구멍과 접지 통과 구멍의 지름이 같다고 가정합니다.다른 지름을 사용하려면 커패시터 공식을 수정해야 합니다.설계자는 연결할 인쇄선의 너비를 기준으로 구멍의 지름을 선택해야 합니다.인쇄선이 구멍보다 훨씬 작으면 50ß 인쇄선에서 구멍 용접 영역으로의 변환으로 인해 불필요한 임피던스 불연속성이 발생합니다.설계자는 또한 접지 구멍과 연결 대기 인쇄 회선 사이의 거리를 고려해야 한다.접지통공과 인쇄선로 사이의 거리가 인쇄선로와 참고층 사이의 거리보다 작을 때, 이것은 문제가 되어 추가 인쇄선로 용량을 초래하여 인쇄선로 저항을 50μ 미만으로 낮춘다.예를 들어, 테스트보드에서 신호 인쇄선과 접지 통공 사이의 거리는 약 11밀이고 인쇄선은 접지 참조층 위에 약 10밀이다.

또 다른 중요한 설계 고려 사항은 인쇄선을 연결하는 각 구멍에 용접 영역이 필요하기 때문에 용접 영역의 크기입니다.용접 영역에서 접지 구멍까지의 거리가 신호 구멍에서 접지 구멍까지의 거리보다 작기 때문에 용접 영역은 가능한 한 작아야 합니다.이러한 영역으로 인해 거리가 짧아지고 커패시터가 증가하며 총 임피던스가 감소합니다.

일반적인 설계에서 항상 4개의 접지 구멍이 있는 것은 아닙니다.반환 전류가 근처의 바이패스 콘덴서를 통해 VDD에서 바닥으로 가는 경로를 가지고 있는 한, 구멍 구성은 전원 구멍 구성과 마찬가지로 좋습니다.

예를 들어, 이제 1mm 메쉬가 있는 BGA 출력 핀에 이러한 구멍 통과 구성의 회로 기판을 포함하는 것이 좋습니다.고정된 출력 핀이므로 외부 구멍을 두 개만 접지할 수 있습니다.다른 두 개의 구멍은 VDD에 첨부됩니다.또한 VDD와 BGA의 접지 사이에 SMD 바이패스 콘덴서를 연결할 수 있기 때문에 이 구멍 구조는 잘 작동합니다.

이 구멍 구조를 차등 신호에 사용할 수도 있습니다.차등 신호는 두 개의 외부 구멍을 공유할 수 있어 보드 공간을 절약할 수 있다.BGA 내의 공간이 제한되어 있기 때문에 텍사스 인스트루먼트는 XAUI 트랜시버의 평가 위원회에서 이 방법을 채택했다.임피던스 제어의 구멍은 금속층이 아니라 접지의 구멍을 형성하기 때문에 층 간 간격의 크기는 중요하지 않다.그러나 전통적인 구멍은 레이어 간 용량에 따라 다릅니다.따라서 판의 두께에 변화가 없더라도 서로 다른 스택에 대해 특수한 구멍을 설계해야 합니다.