با افزایش سرعت سوئیچینگ سیگنال PCB ، برنامه ریزان امروز PCB باید امپدانس آثار PCB را درک و دستکاری کنند. با توجه به زمان انتقال سیگنال کوتاه تر و نرخ ساعت بالاتر مدارهای دیجیتالی مدرن ، ردیاب های PCB دیگر اتصالات ساده نیستند بلکه خطوط انتقال هستند.
در عمل ، هنگامی که سرعت لبه دیجیتال بالاتر از 1 نانومتر باشد یا فرکانس شبیه سازی شده از 300 مگاهرتز بیشتر باشد ، در صورت دستیابی به امپدانس ردیابی مطلوب است. یکی از پارامترهای اصلی یک ردیاب PCB ، امپدانس مشخصه آن است (یعنی نسبت ولتاژ به جریان با عبور موج در امتداد خط انتقال سیگنال). امپدانس مشخصه رسانا در صفحه مدار چاپی شاخص مهمی در طرح صفحه است. به خصوص در برنامه ریزی PCB مدارهای با فرکانس بالا ، باید در نظر گرفت که آیا مقاومت امپدانس مشخصه رسانا و امپدانس مشخصه مورد نیاز تجهیزات یا سیگنال ها مشترک و منطبق است. . این شامل دو مفهوم است: فرمان امپدانس و تطبیق امپدانس. در این مقاله به موضوعات مربوط به فرمان امپدانس و برنامه ریزی پشته اشاره شده است.
کنترل امپدانس
کنترل امپدانس (کنترل eImpedance) ، سیگنال های مختلفی وجود دارد که در رساناها در برد مدار منتقل می شود. برای بهبود سرعت انتقال ، بهبود فرکانس لازم است. اگر خط خود را قوس دار ، ضخامت ورقه ورقه ، عرض سیم و سایر عناصر مختلف ، مقاومت را تغییر دهید و سیگنال تحریف شود. بنابراین ، هادی روی برد مدار پر سرعت ، مقدار امپدانس آن باید در یک محدوده مشخص کنترل شود ، به نام "کنترل امپدانس".
امپدانس ردیابی PCB با استقرایی ، مقاومت و رسانش القایی و خازنی آن تأیید می شود. عوامل اصلی مؤثر در امپدانس ردیاب PCB عبارتند از: عرض سیم مسی ، ضخامت سیم مسی ، ثابت دی الکتریک دی الکتریک ، ضخامت دی الکتریک ، ضخامت پد ، راه زمین سیم ، و ردپای اطراف ردیابی. امپدانس PCB بین 25 تا 120 اهم است.
در عمل ، خطوط انتقال PCB به طور معمول از یک ردیف سیم ، یک یا چند لایه مرجع و مواد عایق تشکیل شده است. ردپاها و اسلبها امپدانس فرمان را تشکیل می دهند. PCB معمولاً چندلایه خواهد بود و امپدانس فرمان به روشهای مختلفی ساخته می شود. اما ، صرف نظر از روش مورد استفاده ، مقدار امپدانس با ساختار بدنی آن و خصوصیات الکتریکی ماده عایق تعیین می شود:
عرض و ضخامت ردیابی سیگنال
ارتفاع هسته یا مواد پیش ساخته در هر طرف ردیاب
پیکربندی ردیابی و صفحه
ثابت عایق کاری هسته و مواد پیش ساخته
دو شکل اصلی خطوط انتقال PCB وجود دارد: Microstrip و Stripline.
میکرواستریپ:
خط میکرواستریپ یک رسانای نوار است که به یک خط انتقال با یک هواپیمای مرجع از یک طرف اشاره دارد و قسمت بالا و پهلوها در معرض هوا قرار دارند (همچنین با یک لایه روکش نیز پوشیده شده است) که روی سطح عایق قرار می گیرد. صفحه مدار ثابت Er به هواپیما قدرت یا زمینی اشاره شده است. همانطور که در زیر نشان داده شده است:
توجه: در عمل تولید PCB ، کارخانه تخته بطور کلی لایه ای از روغن سبز را روی سطح برد PCB اعمال می کند. بنابراین ، در محاسبه امپدانس عملی ، خط میکرواستریپ سطح به طور کلی با استفاده از مدل نشان داده شده در شکل زیر محاسبه می شود:
خط خطی:
خط نوار یک هادی نوار است که بین دو صفحه مرجع قرار گرفته است ، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است ، ثابتهای دی الکتریک دی الکتریک ها که توسط H1 و H2 نشان داده شده اند می توانند متفاوت باشند.
دو مثال بالا فقط نمونه بارز خطوط میکرواستریپ و خطوط نوار است. انواع و اقسام خطوط میکرواستریپ و نوارها مانند خطوط میکرواستریپ چند لایه وجود دارد که مربوط به ساختار لمینت یک PCB خاص است.
محاسبه ریاضی برای محاسبه معادل امپدانس مشخصه معمولاً بر اساس روش راه حل میدانی انجام می شود ، که شامل تجزیه و تحلیل عنصر شکاف نیز می شود. بنابراین ، با استفاده از نرم افزار ویژه حسابداری امپدانس SI9000 ، کاری که باید انجام دهیم این است که پارامترهای امپدانس مشخصه را دستکاری کنیم:
ثابت دی الکتریک Er از لایه عایق ، عرض ردیابی W1 ، W2 (ذوزنقه) ، ضخامت ردیابی T و ضخامت H لایه عایق.
توضیحات W1 ، W2:
لازم است مقدار را در جعبه قرمز محاسبه کنید. قیاس دیگر شرایط.
موارد زیر از حسابداری SI9000 برای پاسخگویی به الزامات کنترل امپدانس استفاده می کند:
ابتدا کنترل امپدانس تک خط خط داده DDR را محاسبه کنید:
لایه TOP: ضخامت مس 0.5OZ ، عرض ردیابی 5 MIL ، فاصله از صفحه مرجع 3.8 MIL و ثابت دی الکتریک 4.2 است. مدل را انتخاب کنید ، پارامترها را جایگزین کنید و محاسبه بدون ضرر را مطابق شکل زیر انتخاب کنید:
پوشش نشان دهنده پوشش است. در صورت عدم وجود پوشش ، ضخامت را با 0 پر کنید ، و ثابت دی الکتریک با 1 (هوا) پر شود.
بستر نشان می دهد که لایه بستر ، یعنی لایه دی الکتریک ، معمولاً از FR-4 انتخاب می شود ، و ضخامت توسط نرم افزار محاسبه امپدانس محاسبه می شود ، و ثابت دی الکتریک 4.2 است (وقتی فرکانس کمتر از 1 گیگاهرتز است).
برای تنظیم ضخامت مس روی آیتم وزن (اونس) کلیک کنید. ضخامت مس ضخامت اثری را تعیین می کند.
9. مفهوم Prepreg / Core برای عایق:
PP (prepreg) نوعی ماده دی الکتریک است که از الیاف شیشه و رزین اپوکسی تشکیل شده است. هسته همچنین یک نوع از نوع PP است ، اما دو طرف وی با فویل مس پوشانده شده است ، اما PP چنین نیست. هنگام ساخت تخته چند لایه ، CORE و C عموماً با همکاری PP هستند ، CORE و CORE با PP پیوند دارند.
10. اقدامات احتیاطی در برنامه ریزی انباشته PCB:
(1) ، مشکل صفحه جنگ
برنامه ریزی لمینیت PCB باید متقارن باشد ، یعنی ضخامت لایه دی الکتریک و ضخامت آبکاری مس هر لایه متقارن باشد. وقتی از تخته شش لایه استفاده می شود ، ضخامت دی الکتریک و ضخامت مس TOP-GND و BOTTOM-POWER متداول هستند ، GND-L2 Common با ضخامت و ضخامت مس L3-POWER. این امر باعث ایجاد صفحه جنگ در زمان لمینیت نمی شود.
(2) لایه سیگنال باید محکم با صفحه مرجع نزدیک باشد (یعنی ضخامت متوسط بین لایه سیگنال و لایه مس در نزدیکی باید کوچک باشد)؛ مس منبع تغذیه و مس زمینی باید محکم با هم وصل شوند.
(3) در یک وضعیت بسیار پر سرعت ، می توان در تشکیل بیش از حد مشارکت کرد تا لایه سیگنال مسدود شود ، اما توصیه نمی شود لایه های قدرت چندگانه را مسدود کنید ، که ممکن است باعث ایجاد اختلال در نویز شود.
(4) توزیع لایه لایه بندی معمولی در جدول زیر نشان داده شده است:
(5) دستورالعملهای کلی برای چیدمان لایه ها:
قسمت زیرین سطح کامپوننت (لایه دوم) صفحه زمین است که لایه محافظ تجهیزات را تأمین می کند و صفحه مرجع را برای سیم کشی لایه بالا تهیه می کند.
تمام لایه های سیگنال ممکن است در مجاورت صفحه زمین باشد.
سعی کنید از دو لایه سیگنال به طور مستقیم در مجاورت جلوگیری کنید.
منبع اصلی انرژی ممکن است به طور مشابه در مجاورت آن باشد.
تقارن ساختار لمینت را در نظر بگیرید.
با توجه به چیدمان لایه تخته مادربرد ، مادربرد موجود برای کنترل سیم کشی با فاصله طولانی موازی دشوار است و فرکانس عملکرد برد بیش از 50 مگاهرتز است.
(برای شرایط زیر 50MHZ ، به آرامش مناسب مراجعه کنید) ، دستورالعمل های طرح پیشنهادی:
سطح جزء و سطح جوشکاری هواپیماهای کامل زمین (سپر) هستند.
بدون لایه های سیم کشی موازی مجاور؛
تمام لایه های سیگنال ممکن است در مجاورت صفحه زمین باشد.
سیگنال کلیدی در مجاورت لایه قرار دارد ، نه در سراسر پارتیشن
