PCB ควบคุมความต้านทานได้อย่างไร

เนื่องจากความเร็วในการสลับสัญญาณ PCB เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องผู้วางแผน PCB ในปัจจุบันจำเป็นต้องเข้าใจและจัดการกับความต้านทานของร่องรอย PCB สอดคล้องกับเวลาการส่งสัญญาณที่สั้นลงและอัตราสัญญาณนาฬิกาที่สูงขึ้นของวงจรดิจิตอลที่ทันสมัยร่องรอย PCB ไม่ใช่การเชื่อมต่อที่ง่าย แต่เป็นสายส่ง

ในทางปฏิบัติมันเป็นที่พึงปรารถนาที่จะจัดการกับความต้านทานร่องรอยเมื่อความเร็วขอบดิจิตอลสูงกว่า 1 ns หรือเมื่อความถี่จำลองมากกว่า 300 Mhz หนึ่งในพารามิเตอร์สำคัญของการติดตาม PCB คืออิมพีแดนซ์ลักษณะ (เช่นอัตราส่วนของแรงดันไฟฟ้าต่อกระแสในขณะที่คลื่นเดินทางไปตามสายส่งสัญญาณ) อิมพีแดนซ์ลักษณะของตัวนำบนแผงวงจรพิมพ์เป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญของเค้าโครงบอร์ด โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการวางแผน PCB ของวงจรความถี่สูงจำเป็นต้องพิจารณาว่าอิมพีแดนซ์ลักษณะเฉพาะของตัวนำและอิมพีแดนซ์ลักษณะที่จำเป็นสำหรับอุปกรณ์หรือสัญญาณนั้นเป็นเรื่องธรรมดาและตรงกัน . สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับแนวคิดสองประการ: การควบคุมความต้านทานและการจับคู่ความต้านทาน บทความนี้ชี้ให้เห็นถึงปัญหาของการควบคุมความต้านทานและการวางแผนสแต็ก

การควบคุมความต้านทาน

การควบคุมความต้านทาน (eImpedance การควบคุม) มีสัญญาณต่าง ๆ ที่ส่งผ่านในตัวนำในแผงวงจร มีความจำเป็นต้องปรับปรุงความถี่เพื่อปรับปรุงอัตราการส่งข้อมูล หากเส้นของตัวเองถูกสลัก, ความหนาของลามิเนต, ความกว้างของลวดและองค์ประกอบอื่น ๆ , อิมพีแดนซ์นั้นคุ้มค่าที่จะเปลี่ยนแปลงและสัญญาณจะถูกบิดเบือน ดังนั้นตัวนำบนแผงวงจรความเร็วสูง ควรควบคุมค่าความต้านทานภายในช่วงที่กำหนดเรียกว่า "การควบคุมความต้านทาน"

ความต้านทานของการติดตาม PCB จะได้รับการยืนยันโดยการเหนี่ยวนำและการเหนี่ยวนำแบบ capacitive ความต้านทานและตัวนำ ปัจจัยหลักที่มีผลต่อความต้านทานของการติดตาม PCB คือ: ความกว้างของลวดทองแดง, ความหนาของลวดทองแดง, ค่าคงที่ไดอิเล็กทริกของอิเล็กทริก, ความหนาของอิเล็กทริก, ความหนาของแผ่น, ทางของพื้นดิน ลวดและร่องรอยรอบร่องรอย ความต้านทาน PCB อยู่ในช่วง 25 ถึง 120 โอห์ม

ในทางปฏิบัติโดยทั่วไปแล้วสายส่ง PCB ประกอบด้วยเส้นลวด, ชั้นอ้างอิงหนึ่งชั้นหรือมากกว่าและวัสดุฉนวน ร่องรอยและแผ่นพื้นก่อให้เกิดความต้านทานพวงมาลัย PCB มักจะมีหลายชั้นและความต้านทานพวงมาลัยสามารถสร้างได้หลายวิธี อย่างไรก็ตามโดยไม่คำนึงถึงวิธีการใช้ค่าความต้านทานจะถูกกำหนดโดยโครงสร้างทางกายภาพและคุณสมบัติทางไฟฟ้าของวัสดุฉนวน:

ความกว้างและความหนาของสัญญาณการติดตาม

ความสูงของแกนหรือวัสดุที่เติมสำเร็จทั้งสองด้านของร่องรอย

ติดตามและกำหนดค่าบอร์ด

ฉนวนกันความร้อนคงที่ของแกนและวัสดุสำเร็จรูป

สายส่ง PCB มีสองรูปแบบหลัก: Microstrip และ Stripline

ไมโคร:

สาย microstrip เป็นตัวนำแบบแถบซึ่งหมายถึงสายส่งที่มีระนาบอ้างอิงด้านเดียวและด้านบนและด้านข้างถูกสัมผัสกับอากาศ (เคลือบด้วยชั้นเคลือบ) ซึ่งวางอยู่บนพื้นผิวของฉนวน แผงวงจร Er คงที่ถึงกำลังไฟฟ้าหรือระนาบกราวด์ถูกอ้างถึง ดังแสดงด้านล่าง:

หมายเหตุ: ในทางปฏิบัติในการผลิต PCB โรงงานผลิตแผ่นวงจรโดยทั่วไปจะใช้ชั้นของน้ำมันสีเขียวบนพื้นผิวของบอร์ด PCB ดังนั้นในการคำนวณอิมพิแดนซ์ในทางปฏิบัติโดยทั่วไปแล้วสายไมโครสตริปผิวจะถูกคำนวณโดยใช้แบบจำลองที่แสดงในรูปต่อไปนี้:

การลอกสายไฟ:

เส้นระนาบเป็นตัวนำแถบระนาบระหว่างระนาบอ้างอิงสองระนาบดังที่แสดงในรูปต่อไปนี้ค่าคงที่ไดอิเล็กทริกของไดอิเล็กทริกที่เป็นตัวแทนของ H1 และ H2 อาจแตกต่างกัน

ตัวอย่างสองตัวอย่างข้างต้นเป็นเพียงตัวอย่างทั่วไปของสายไมโครสตริปและสายสตริป มีไมโครสตริปและสตริปหลายชนิดเช่นลามิเนตสตริปไลน์ซึ่งเกี่ยวข้องกับโครงสร้างลามิเนตของ PCB เฉพาะ

การคำนวณทางคณิตศาสตร์สำหรับการคำนวณเทียบเท่าความต้านทานลักษณะมักจะขึ้นอยู่กับวิธีการแก้ปัญหาภาคสนามซึ่งรวมถึงการวิเคราะห์องค์ประกอบช่องว่าง ดังนั้นการใช้ซอฟต์แวร์บัญชีความต้านทานพิเศษ SI9000 สิ่งที่เราต้องทำคือการจัดการพารามิเตอร์ความต้านทานลักษณะ:

ค่าคงที่ไดอิเล็กทริกของชั้นฉนวนความกว้างของการติดตาม W1, W2 (สี่เหลี่ยมคางหมู) ความหนาของการติดตาม T และความหนา H ของชั้นฉนวน

คำอธิบายของ W1, W2:

มีความจำเป็นต้องคำนวณค่าในกล่องสีแดง เงื่อนไขอื่น ๆ ที่คล้ายคลึงกัน

ต่อไปนี้ใช้การบัญชี SI9000 เพื่อตอบสนองความต้องการของการควบคุมความต้านทาน:

ก่อนอื่นให้คำนวณการควบคุมอิมพิแดนซ์สิ้นสุดเดียวของสายข้อมูล DDR:

ชั้นบนสุด: ความหนาทองแดง 0.5OZ ความกว้างร่องรอยคือ 5 MIL ระยะห่างจากระนาบอ้างอิงคือ 3.8 MIL และค่าคงที่ไดอิเล็กทริกคือ 4.2 เลือกโมเดลแทนที่พารามิเตอร์และเลือกการคำนวณแบบไม่สูญเสียดังที่แสดง:

การเคลือบหมายถึงการเคลือบ หากไม่มีการเคลือบให้เติมความหนาด้วย 0 และค่าคงที่ไดอิเล็กทริกจะเต็มไปด้วย 1 (อากาศ)

สารตั้งต้นบ่งชี้ว่าเลเยอร์ของสารตั้งต้นคือเลเยอร์อิเล็กทริกถูกเลือกโดยทั่วไปจาก FR-4 และความหนาจะถูกคำนวณโดยซอฟต์แวร์การคำนวณอิมพีแดนซ์และค่าอิเล็กทริกคือ 4.2 (เมื่อความถี่น้อยกว่า 1 GHz)

คลิกที่รายการน้ำหนัก (ออนซ์) เพื่อตั้งค่าความหนาทองแดงของทองแดง ความหนาของทองแดงเป็นตัวกำหนดความหนาของรอย

9. แนวคิดของ Prepreg / Core สำหรับฉนวน:

PP (prepreg) เป็นวัสดุอิเล็กทริกชนิดหนึ่งซึ่งประกอบด้วยไฟเบอร์กลาสและอีพอกซีเรซิน แกนยังเป็นสื่อประเภท PP แต่ทั้งสองด้านของเขาถูกหุ้มด้วยฟอยล์ทองแดง แต่ PP ไม่ใช่ เมื่อทำบอร์ดหลายเลเยอร์ CORE และ C โดยทั่วไปจะให้ความร่วมมือกับ PP CORE และ CORE จะถูกผูกมัดกับ PP

10. ข้อควรระวังในการวางแผนการวางซ้อน PCB:

(1) ปัญหาของตัวอย่างข้อมูล

การวางแผนการเคลือบของ PCB ควรเป็นแบบสมมาตรนั่นคือความหนาของชั้นอิเล็กทริกและความหนาของการชุบทองแดงของแต่ละชั้นนั้นมีความสมมาตร เมื่อใช้บอร์ดหกชั้นความหนาอิเล็กทริกและความหนาทองแดงของ TOP-GND และ BOTTOM-POWER เป็นเรื่องธรรมดา GND-L2 ทั่วไปที่มีความหนาและความหนาทองแดงของ L3-POWER สิ่งนี้ไม่ทำให้เกิดการโก่งงอในช่วงเวลาของการเคลือบ

(2) เลเยอร์สัญญาณควรแนบคู่กับระนาบอ้างอิงใกล้เคียงอย่างแน่นหนา (เช่นความหนาของตัวกลางระหว่างชั้นสัญญาณและเลเยอร์ทองแดงใกล้เคียงควรมีขนาดเล็ก) ทองแดงแหล่งจ่ายไฟและทองแดงภาคพื้นดินควรอยู่คู่กันอย่างแน่นหนา

(3) ในสถานการณ์ที่มีความเร็วสูงมากเป็นไปได้ที่จะมีส่วนร่วมในการก่อตัวส่วนเกินเพื่อป้องกันชั้นสัญญาณ แต่ไม่แนะนำให้ปิดกั้นชั้นพลังงานหลายชั้นซึ่งอาจก่อให้เกิดการรบกวนทางเสียงที่ไม่จำเป็น

(4) การกระจายเลเยอร์สแต็คเลย์เอาต์ทั่วไปแสดงในตารางต่อไปนี้:

(5) แนวทางทั่วไปสำหรับเลย์เอาต์ของเลเยอร์:

ด้านล่างของพื้นผิวชิ้นส่วน (ชั้นที่สอง) เป็นระนาบกราวด์, จัดหาชั้นป้องกันของอุปกรณ์และจัดหาระนาบอ้างอิงสำหรับการเดินสายชั้นบน

ชั้นสัญญาณทั้งหมดอาจอยู่ติดกับระนาบพื้น

พยายามป้องกันไม่ให้เลเยอร์สัญญาณสองชั้นติดกันโดยตรง

แหล่งพลังงานหลักอาจอยู่ติดกันตามลำดับ

พิจารณาความสมมาตรของโครงสร้างลามิเนต

เกี่ยวกับเลเยอร์เลเยอร์ของบอร์ดแม่เมนบอร์ดที่มีอยู่นั้นยากต่อการควบคุมการเดินสายช่วงยาวขนานและความถี่ในการทำงานของบอร์ดสูงกว่า 50 MHz

(สำหรับเงื่อนไขที่ต่ำกว่า 50MHZ อ้างถึงการพักผ่อนที่เหมาะสม) แนวทางการจัดวางที่แนะนำ:

พื้นผิวส่วนประกอบและพื้นผิวการเชื่อมเป็นระนาบพื้นดินที่สมบูรณ์ (ป้องกัน);

ไม่มีชั้นสายไฟขนานที่อยู่ติดกัน

ชั้นสัญญาณทั้งหมดอาจอยู่ติดกับระนาบพื้น