Pretože sa rýchlosť prepínania signálu PCB neustále zvyšuje, dnešné plánovače PCB musia pochopiť a manipulovať s impedanciou stôp PCB. V súlade s kratšími časmi prenosu signálu a vyššími hodinovými rýchlosťami moderných digitálnych obvodov nie sú stopy PCB už jednoduché spojenia, ale prenosové vedenia.
V praxi je žiaduce manipulovať so stopovou impedanciou, keď je rýchlosť digitálneho okraja vyššia ako 1 ns alebo keď simulovaná frekvencia prekračuje 300 Mhz. Jedným z kľúčových parametrov stopy PCB je jej charakteristická impedancia (tj pomer napätia k prúdu, keď sa vlna pohybuje po vedení prenosu signálu). Charakteristická impedancia vodiča na doske plošných spojov je dôležitým indikátorom usporiadania dosky. Najmä pri plánovaní vysokofrekvenčných obvodov na DPS je potrebné zvážiť, či charakteristická impedancia vodiča a charakteristická impedancia vyžadovaná zariadením alebo signálom sú spoločné a zhodujú sa. , To zahŕňa dve koncepcie: riadenie impedancie a prispôsobenie impedancie. Tento článok poukazuje na problémy riadenia impedancie a plánovania zásobníkov.
Kontrola impedancie
Impedančné riadenie (eImpedance Controling), sú vo vodičoch v doske plošných spojov prenášané rôzne signály. Aby sa zvýšila prenosová rýchlosť, je potrebné zvýšiť frekvenciu. Ak je samotná linka leptaná, laminovaná hrúbka, šírka drôtu a ďalšie rôzne prvky, impedancia sa oplatí zmeniť a signál je zdeformovaný. Preto vodič na doske vysokorýchlostných obvodov by mal byť jeho hodnota impedancie riadená v určitom rozsahu, ktorý sa nazýva „kontrola impedancie“.
Impedancia stopy PCB bude potvrdená jej indukčnou a kapacitnou indukčnosťou, odporom a vodivosťou. Hlavné faktory ovplyvňujúce impedanciu stopy PCB sú: šírka medeného drôtu, hrúbka medeného drôtu, dielektrická konštanta dielektrika, hrúbka dielektrika, hrúbka vankúšika, spôsob zeme drôt a stopy okolo stopy. Impedancia DPS je v rozsahu od 25 do 120 ohmov.
V praxi prenosové vedenia PCB typicky pozostávajú z drôtenej stopy, jednej alebo viacerých referenčných vrstiev a izolačných materiálov. Riadiace impedancie tvoria stopy a dosky. PCB budú často viacvrstvové a riadiaca impedancia sa dá budovať rôznymi spôsobmi. Bez ohľadu na použitú metódu sa však hodnota impedancie určí podľa jej fyzickej štruktúry a elektrických vlastností izolačného materiálu:
Šírka a hrúbka stopy signálu
Výška jadra alebo predplneného materiálu na oboch stranách stopy
Konfigurácia sledovania a dosiek
Izolačná konštanta jadra a naplneného materiálu
Existujú dve hlavné formy prenosových vedení PCB: Microstrip a Stripline.
microstrip:
Mikropáskové vedenie je pásový vodič, ktorý odkazuje na prenosové vedenie s referenčnou rovinou na jednej strane a horná a bočná strana sú vystavené vzduchu (tiež potiahnutému povlakovou vrstvou), ktorý je umiestnený na povrchu izolácie. doska s konštantnými elektrickými obvodmi k Výkonovej alebo základnej rovine. Ako je ukázané nižšie:
Poznámka: V praxi výroby dosiek plošných spojov lepenka zvyčajne nanáša vrstvu zeleného oleja na povrch dosiek plošných spojov. Preto sa pri praktickom výpočte impedancie povrchová mikropásková čiara všeobecne vypočíta pomocou modelu zobrazeného na nasledujúcom obrázku:
páskové:
Pruhová čiara je pásový vodič umiestnený medzi dvoma referenčnými rovinami, ako je znázornené na nasledujúcom obrázku, dielektrické konštanty dielektrík predstavovaných H1 a H2 sa môžu líšiť.
Uvedené dva príklady sú iba typickým príkladom mikropáskových a pásikových čiar. Existuje mnoho druhov čiar mikropáskových a pásikových línií, ako sú napríklad laminované mikropáskové línie, ktoré súvisia s laminovanou štruktúrou konkrétnej DPS.
Matematický výpočet na výpočet ekvivalentu charakteristickej impedancie je zvyčajne založený na metóde riešenia v teréne, ktorá zahŕňa analýzu prvku medzery. Preto musíme pomocou špeciálneho softvéru na účtovanie impedancie SI9000 manipulovať s charakteristickými parametrami impedancie:
Dielektrická konštanta Er izolačnej vrstvy, stopové šírky W1, W2 (lichobežník), hrúbka stopy T a hrúbka H izolačnej vrstvy.
Opis W1, W2:
Je potrebné vypočítať hodnotu v červenom poli. Analógia iných podmienok.
Nasledovné používa účtovníctvo SI9000 na splnenie požiadaviek na kontrolu impedancie:
Najprv vypočítajte kontrolu impedancie na jednom konci dátovej linky DDR:
Vrchná vrstva: Hrúbka medi je 0,5OZ, šírka stopy je 5 MIL, vzdialenosť od referenčnej roviny je 3,8 MIL a dielektrická konštanta je 4,2. Vyberte model, nahraďte parametre a vyberte bezstratový výpočet, ako je to znázornené:
Povlak označuje povlak. Ak nie je náter, vyplňte hrúbku 0 a dielektrická konštanta sa naplní 1 (vzduch).
Substrát naznačuje, že vrstva substrátu, to znamená dielektrická vrstva, je všeobecne vybraná z FR-4 a hrúbka sa vypočíta pomocou softvéru na výpočet impedancie a dielektrická konštanta je 4,2 (keď je frekvencia menšia ako 1 GHz).
Kliknite na položku Weight (oz), aby ste nastavili hrúbku medi. Hrúbka medi určuje hrúbku stopy.
9. Koncept Prepreg / Core pre izoláciu:
PP (prepreg) je druh dielektrického materiálu, ktorý sa skladá zo sklenených vlákien a epoxidovej živice. Jadro je tiež médium typu PP, ale jeho dve strany sú pokryté medenou fóliou, ale PP nie. Pri výrobe viacvrstvovej dosky sú CORE a C zvyčajne PP spolupráca, CORE a CORE sú spojené s PP.
10. Preventívne opatrenia pri plánovaní stohovania DPS:
(1), problém s deformáciou
Laminácia DPS by mala byť symetrická, to znamená, že hrúbka dielektrickej vrstvy a hrúbka pokovovania medi každej vrstvy sú symetrické. Pri použití šesťvrstvovej dosky je spoločná dielektrická hrúbka a hrúbka medi TOP-GND a BOTTOM-POWER, GND-L2 Common s hrúbkou a hrúbkou medi L3-POWER. To nespôsobuje deformáciu v čase laminácie.
(2) Signálna vrstva by mala byť pevne spojená s blízkou referenčnou rovinou (tj hrúbka média medzi signálnou vrstvou a blízkou medenou vrstvou by mala byť malá); meď zdroja napájania a mletá meď by mali byť pevne spojené.
(3) Vo veľmi vysokej rýchlosti je možné podieľať sa na vytváraní prebytku na zablokovanie signálnej vrstvy, ale neodporúča sa blokovať viac výkonových vrstiev, ktoré môžu vytvárať zbytočné rušenie hlukom.
(4) Typické rozloženie vrstvy usporiadania stohov je uvedené v nasledujúcej tabuľke:
(5), všeobecné pokyny pre usporiadanie vrstiev:
Spodná strana povrchu komponentu (druhá vrstva) je základná rovina, ktorá dodáva tieniacu vrstvu zariadenia a dodáva referenčnú rovinu pre vedenie vrchnej vrstvy;
Všetky signálne vrstvy môžu byť priľahlé k základnej rovine;
Pokúste sa zabrániť tomu, aby obe signálne vrstvy boli v priamom susedstve;
Hlavný zdroj energie môže k nemu zodpovedajúcim spôsobom susediť;
Zvážte symetriu laminovanej štruktúry.
Pokiaľ ide o usporiadanie vrstiev základnej dosky, je ťažké ovládať existujúcu základnú dosku paralelne dlhým intervalom a prevádzková frekvencia dosky je nad 50 MHz.
(Podmienky nižšie ako 50 MHz nájdete v príslušnej relaxácii), odporúčané pokyny pre usporiadanie:
Povrch komponentov a zváracia plocha sú úplné zemné roviny (štít);
Žiadne susedné paralelné vodivé vrstvy;
Všetky signálne vrstvy môžu byť priľahlé k základnej rovine;
Kľúčový signál prilieha na vrstvu, nie cez oblasť
