PCB-Impedanzkontrolle

AlsLeiterplatte Da die Signalschaltgeschwindigkeiten immer weiter zunehmen, müssen Leiterplattenentwickler heutzutage die Impedanz von Leiterplattenspuren verstehen und steuern. Aufgrund der kürzeren Signalisierungszeiten und höheren Taktraten moderner digitaler Schaltkreise sind Leiterplattenleiterbahnen keine einfachen Verbindungen mehr, sondern eher Übertragungsleitungen.

In der Praxis ist es notwendig, die Leiterbahnimpedanz bei digitalen Grenzgeschwindigkeiten über 1 ns oder analogen Frequenzen über 300 MHz zu steuern. Einer der Schlüsselparameter von PCB-Leiterbahnen ist ihre charakteristische Impedanz (d. h. das Verhältnis der Spannung zum Strom einer Welle, während sie sich entlang der Signalübertragungsleitung ausbreitet). Der Wellenwiderstand des Leiterplattenleiters ist ein wichtiger Indikator für das Leiterplattendesign, insbesondere in derLeiterplatte-DesignBei Hochfrequenzschaltungen muss berücksichtigt werden, dass die charakteristische Impedanz des Leiters und des erforderlichen Geräts oder Signals mit der charakteristischen Impedanz desselben übereinstimmt, unabhängig davon, ob sie übereinstimmen oder nicht. Dabei handelt es sich um zwei Konzepte: Impedanzkontrolle und Impedanzanpassung. Dieser Artikel konzentriert sich auf Impedanzkontrolle und Stapeldesignprobleme.

Durch die Impedanzkontrolle verfügt der Leiter in der Leiterplatte über eine Vielzahl von Signalübertragungen. Um seine Übertragungsrate und seine Frequenz zu verbessern, muss die Leitung selbst, wenn aufgrund des Ätzens, die Dicke der laminierten Schicht und die Breite des Leiters verbessert werden und andere unterschiedliche Faktoren führen zu einer änderungswürdigen Impedanz und damit zu einer Signalverzerrung. Daher sollte der Impedanzwert des Leiters in der Hochgeschwindigkeitsplatine innerhalb eines bestimmten Bereichs gesteuert werden, der als „Impedanzsteuerung“ bezeichnet wird.

Die Impedanz einer PCB-Leiterbahn wird durch ihre induktive und kapazitive Induktivität, ihren Widerstand und ihre Leitfähigkeit bestimmt. Faktoren, die die Impedanz von PCB-Leiterbahnen beeinflussen, sind: Breite des Kupferdrahts, Dicke des Kupferdrahts, Dielektrizitätskonstante des Dielektrikums, Dicke des Dielektrikums, Dicke der Pads, Pfad des Erdungskabels, Leiterbahnen um die Leiterbahn usw. PCB-Impedanz reicht von 25 bis 120 Ohm.

In der Praxis ist es notwendig, die Leiterbahnimpedanz bei digitalen Grenzgeschwindigkeiten über 1 ns oder analogen Frequenzen über 300 MHz zu steuern. Einer der Schlüsselparameter von PCB-Leiterbahnen ist ihre charakteristische Impedanz (d. h. das Verhältnis der Spannung zum Strom einer Welle, während sie sich entlang der Signalübertragungsleitung ausbreitet). Die charakteristische Impedanz des Leiterplattenleiters ist ein wichtiger Indikator für das Leiterplattendesign. Insbesondere beim PCB-Design von Hochfrequenzschaltungen muss berücksichtigt werden, dass die charakteristische Impedanz des Leiters und des Geräts oder Signals durch die charakteristische Impedanz erforderlich ist davon, ob sie übereinstimmen oder nicht. Dabei handelt es sich um zwei Konzepte: Impedanzkontrolle und Impedanzanpassung. Dieser Artikel konzentriert sich auf Impedanzkontrolle und Stapeldesignprobleme.

Durch die Impedanzkontrolle verfügt der Leiter in der Leiterplatte über eine Vielzahl von Signalübertragungen. Um seine Übertragungsrate und seine Frequenz zu verbessern, muss die Leitung selbst, wenn aufgrund des Ätzens, die Dicke der laminierten Schicht und die Breite des Leiters verbessert werden und andere unterschiedliche Faktoren führen zu einer änderungswürdigen Impedanz und damit zu einer Signalverzerrung. Daher sollte der Impedanzwert des Leiters in der Hochgeschwindigkeitsplatine innerhalb eines bestimmten Bereichs gesteuert werden, der als „Impedanzsteuerung“ bezeichnet wird.

Die Impedanz einer PCB-Leiterbahn wird durch ihre induktive und kapazitive Induktivität, ihren Widerstand und ihre Leitfähigkeit bestimmt. Faktoren, die die Impedanz von PCB-Leiterbahnen beeinflussen, sind: Breite des Kupferdrahts, Dicke des Kupferdrahts, Dielektrizitätskonstante des Dielektrikums, Dicke des Dielektrikums, Dicke der Pads, Pfad des Erdungskabels, Leiterbahnen um die Leiterbahn usw. PCB-Impedanz reicht von 25 bis 120 Ohm. In der Praxis besteht eine PCB-Übertragungsleitung normalerweise aus einer Leiterbahn, einer oder mehreren Referenzschichten und Isoliermaterial. Die Leiterbahn und die Schichten bilden die Steuerimpedanz. Leiterplatten sind oft mehrschichtig und die Steuerimpedanz kann auf unterschiedliche Weise aufgebaut werden. Unabhängig von der verwendeten Methode wird der Wert der Impedanz jedoch durch ihre physikalische Struktur und die elektronischen Eigenschaften des Isoliermaterials bestimmt:

       Die Breite und Dicke der Signalspur;

       Die Höhe des Kerns oder des vorgefüllten Materials auf beiden Seiten der Spur;

       Die Konfiguration der Leiterbahnen und Platinenschichten;

       Die Isolierkonstanten des Kerns und des vorgefüllten Materials.

       Es gibt zwei Hauptformen von PCB-Übertragungsleitungen: Microstrip und Stripline.

       Mikrostreifen:

       Microstrip ist ein Banddraht, also eine Übertragungsleitung mit einer Referenzebene nur auf einer Seite, wobei die Oberseite und die Seiten der Luft ausgesetzt (oder beschichtet) sind und sich über der Oberfläche der isolierenden Konstant-Er-Platine befinden, bezogen auf die Strom- oder Erdungsebene.

       Hinweis: TatsächlichLeiterplattenherstellungDa der Leiterplattenhersteller normalerweise die Oberfläche der Leiterplatte mit einer Schicht aus grünem Öl überzieht, wird bei tatsächlichen Impedanzberechnungen normalerweise das unten gezeigte Modell für Oberflächen-Mikrostreifenleitungen verwendet:

       Stripline:

       Eine Streifenleitung ist ein Drahtstreifen, der zwischen zwei Referenzebenen platziert wird, wie in der Abbildung unten dargestellt, und die Dielektrizitätskonstanten der durch H1 und H2 dargestellten Dielektrika können unterschiedlich sein.

       Die beiden oben genannten Beispiele sind nur eine typische Demonstration von Mikrostreifenleitungen und Streifenleitungen. Es gibt viele verschiedene Arten spezifischer Mikrostreifenleitungen und Streifenleitungen, wie z. B. laminierte Mikrostreifenleitungen usw., die alle mit der Stapelstruktur der jeweiligen Leiterplatte zusammenhängen.

       Die zur Berechnung der charakteristischen Impedanz verwendeten Gleichungen erfordern komplexe mathematische Berechnungen, häufig unter Verwendung von Feldlösungsmethoden, einschließlich Randelementanalyse. Daher müssen wir mit der speziellen Impedanzberechnungssoftware SI9000 lediglich die Parameter der charakteristischen Impedanz steuern:

       Dielektrizitätskonstante der Isolationsschicht Er, Breite der Ausrichtung W1, W2 (trapezförmig), Dicke der Ausrichtung T und Dicke der Isolationsschicht H.