9 Tipps zur Impedanzsteuerung im digitalen Hochgeschwindigkeits-PCB-Design

Die grundlegenden Faktoren der Impedanzkontrolle verstehen

Verbindungsdrähte in den PCBs erfüllen mehr als eine Funktion. Neben dem Stromfluss haben sie auch eine Rolle in den Signalübertragungsleitungen. Die Multifunktionalität hilft bei der Maximierung der Leistung von kleinen Größen und Digitalisierung.

Es ist entscheidend, die Reflexion der Signalübertragung in Leiterplatten zu verhindern. Impedanzkontrolle, Ausrichtung und Anpassung der Impedanz können Übertragungsverluste in Schaltkreisen reduzieren. Die Impedanz ist ein charakteristisches Merkmal von Wechselstromkreisen. Es ist der Widerstand, den parallele Schleifen und Leistungsebenen dem Wechselstromfluss entgegensetzen.

Eine Vielzahl von Gründen kann die charakteristische Impedanz Ihres PCB-Designs beeinflussen. Viele Fehler entstehen durch fehlerhafte Übertragungsleitungen.

Die charakteristische Impedanz kann auch aufgrund anderer Ursachen variieren. Mögliche Faktoren sind:

1. Leiterbahndicke.

2. Prepreg um die Leiterbahn Dielektrische Werte.

3. Auch die Isolatordicke spielt eine Rolle.

Wählen Sie die richtigen Dielektrika

Dielektrizitätskonstante kann den Wellenwiderstand stark beeinflussen. Es ist notwendig, den Betrag der kontrollierten Impedanz Ihres PCB-Designs zu berechnen. Die charakteristische Impedanz ist proportional zur Breite des dielektrischen Materials. Je größer die Breite des isolierenden Dielektrikums ist, desto höher ist der Impedanzwert.

Hersteller verwenden Dielektrika in Leiterplattenschaltungen zu Isolierzwecken. Ein Bestandteil von Substratplatten – wählen Sie aus einer großen Anzahl von Komponentenmaterialien. Zu den beliebtesten gehört FR-4 – ein Glasfaser-Epoxid-Laminat. Es ist auch schwer entflammbar – eine nützliche Eigenschaft, falls die Leiterplatten überhitzt werden. Basierend auf Ihrem Design können Sie auch flexible FLEX-Materialien wählen.

Die Dielektrizitätskonstante ist über die Frequenz variabel. Wählen Sie Materialien mit einem konsistenten, konstanten Wert über einen weiten Frequenzbereich. Sie eignen sich für Hochfrequenzanwendungen Ihrer Leiterplatte.

Verhindern, dass sich Spuren über geteilte Ebenen hinweg kreuzen

Experten schlagen vor, die Hochgeschwindigkeits-/Frequenzsignale über eine Massereferenzebene zu leiten. Achten Sie darauf, zu vermeiden, dass Leiterbahnen immer über geteilte Ebenen geführt werden. Die einzige Ausnahme ist, wenn Sie die gesteuerte Impedanz erhöhen möchten.

Es gibt mehrere negative Aspekte des Kreuzens von Spuren über geteilte Ebenen hinweg. Einige davon sind:

1. Signalübertragungsverzögerung aufgrund der Serieninduktivität.

2. Signalunterbrechung und -interferenz.

3. Eine Abnahme der Signalintegrität.

Eine Alternative zum Cross-Tracing ist die Verwendung von Stitching-Kondensatoren über geteilte Ebenen hinweg. Sie bieten einen geeigneten Rückweg für den Strom. Dies führt zu einer Verringerung der Stromschleifenfläche. Auf diese Weise haben Sie die gewünschte Impedanzkontrolle.

Behalten Sie immer eine Referenzgrundebene

Wir müssen den Massepfad als Rückpfad für Wechselstrom bezeichnen. Der größte Teil des Bereichs, der nicht von Leiterbahnen belegt ist, bildet die Bezugsmasseebene. Die große Fläche ermöglicht die Rückführung großer Ströme ohne nennenswerten Spannungsabfall. Bei PCBs, die auf Hochfrequenzpegeln arbeiten, reduziert die Masseebene Signalstörungen. Es verringert auch Interferenzen durch Masseschleifen.

Die Masseebene ist auch wesentlich für die Impedanzkontrolle. Außerdem wird ein Übersprechen zwischen 2 nebeneinander liegenden Leiterbahnen verhindert. Es verhindert auch einen signifikanten Spannungsabfall während der Zustandsänderung der Schaltung. Netzteile oder Masseleitungen mit hoher Impedanz können ein Masseprellen verursachen.

Es stört die Funktionen anderer Schaltungskomponenten. Die große Fläche der Bezugsmasse hat eine geringere Impedanz. Dadurch richten die Stromimpulse weniger Schaden an.

Kennen Sie sich mit den Pre-Preg-Einschränkungen aus

Das Prepreg (kurz für vorimprägniert) findet seine Verwendung beim Schmelzen geätzter Kerne. Seine andere Anwendung - Anbringen eines Kupferdrahtes an der Basis. Die Verstärkungskomponente kann mehrere Bestandteile aufweisen. Im Allgemeinen besteht es normalerweise aus Glasfaser und einem Harzmaterial auf Epoxidbasis. Durch das Verpressen der beiden Schichten bei hohen Temperaturen entsteht die erforderliche Dicke.

Experten empfehlen, während eines Kernaufbaus höchstens drei verschiedene Prepreg-Typen zu verwenden. Jede Schicht sollte weniger als 10 Millimeter betragen, um Dickenschwankungen zu vermeiden.

Vermeiden Sie Prepregs mit niedrigem Harzgehalt. Sie können während der Laminierungszeit zu Harzmangel führen. Die Platten sollten symmetrisch aufgebaut sein. Für eine bessere Impedanzsteuerung ist eine Gleichmäßigkeit der Dielektrizitätskonstante erforderlich. Eine größere Konsistenz ist ebenfalls wünschenswert.

Außerdem variieren die Dielektrizitätskonstanten in verschmolzenen Prepreg-Materialien. Sie unterscheiden sich in der Regel von den ursprünglichen Kernmaterialien. Entscheiden Sie sich für Prepreg-Materialien, die mit dem CTE (Wärmeausdehnungskoeffizient) von Kupfer vergleichbar sind.

Größe der Impedanzkontrollspuren

Leiterbahnen sind nützlich, um die kontrollierte Impedanz Ihrer Hochgeschwindigkeits-Leiterplatte zu bestimmen. Berechnen Sie die Impedanzsteuerung anhand der Spurabmessungen. Die vier Messungen, die für diese Berechnung benötigt werden, sind:

● H:Höhe der Spur.

● Er:Dielektrizitätszahl.

● T:Beweisstärke.

● W:Breite des Nachweises.

Die Spurimpedanz variiert mit einer Änderung in jeder der folgenden Einheiten. Daher ist es wichtig, diese Maße vorher zu bestimmen. Ein drastischer Unterschied in der Leiterbahnbreite kann zu fehlerhaften Verbindungen führen. Im Extremfall kann dies die Leiterplatte zerstören. Vermeiden Sie besser standardisierte Spurmaße. Sie können je nach Ihrem PCB-Design funktionieren oder nicht.

Verwenden Sie einen sicheren Impedanzrechner

Die Berechnung des Impedanzniveaus ist in mehreren Schritten entscheidend. Dies ist besonders während der PCB-Designphase erforderlich. Finden Sie den Wert der kontrollierten Impedanz in Ihrem PCB-Design. Danach können Sie über Änderungen oder das akzeptierte Toleranzniveau entscheiden.

Das Hauptproblem ist die Berechnung selbst. Die Impedanzwertgleichung beinhaltet eine Reihe ermüdender komplexer Gleichungen. Neben den Abmessungen benötigen Sie auch die Werte der Dielektrizitätskonstanten. Sie müssten genaue logarithmische Werte, Werte von Funktionen und vieles mehr kennen. Es ist auch nicht möglich, immer einen wissenschaftlichen Taschenrechner in der Nähe zu haben.

Online-Optionen zur Berechnung der Impedanz sind heutzutage verfügbar. Mehrere Websites übernehmen den Berechnungsteil für Sie. Präsentieren Sie die Spurabmessungen und den Wert der Dielektrizitätskonstante. Sie haben den Impedanzwert in kürzester Zeit.

Ein gutes PCB-Design-Tool ist unerlässlich

Mit dem technologischen Fortschritt stehen mittlerweile viele Hilfsmöglichkeiten zur Verfügung. Tools und Software für das PCB-Design waren vor einigen Jahrzehnten noch unbekannt. Einige haben sogar integrierte Komponenten zur Materialkostenschätzung. Probieren Sie die verschiedenen verfügbaren Optionen aus und wählen Sie Ihren Favoriten aus.

PCB-Designer versuchen ihren Favoriten unter Altium Designer, PowerPCB, ORCAD, Autodesk Eagle. Weitere Optionen sind KiCAD EDA, Solidworks PCB und viele mehr. Jeder hat ein paar Vor- und Nachteile. Berücksichtigen Sie vor dem Kauf die Kompatibilität mit Ihrem aktuellen System.

Führen Sie eine Signalintegritätsanalyse durch

Es ist sinnvoll, vor der Bestellung eine Signalintegritätsanalyse durchzuführen. Das Vorgehen ist auch logisch, wenn Sie die Leiterplatten selbst fertigen.

Mögliche Fehler in der Testphase herauszufinden, ist der richtige Weg zur Kosteneinsparung. Es verhindert auch Redundanz, Verschwendung von Komponentenmaterialien, Versuche und Fehler. Sie können feststellen, ob die Impedanz-Kontrollpegel Ihrem gewünschten Ziel entsprechen. Schlagen Sie dem Hersteller die akzeptablen Toleranzwerte des PCB-Arbeitsauftrags vor.

Zusammenfassung

Wir hoffen, dass Sie sich jetzt der Methoden bewusst sind, mit denen Sie die Impedanzkontrolle Ihrer Leiterplattendesigns sicherstellen können. Berücksichtigen Sie die potenziellen dielektrischen Materialien und Leiterbahnabmessungen in der Phase des PCB-Designs.

Das Verhindern des Überkreuzens von Leiterbahnen über die geteilten Ebenen ist eine hervorragende Konstruktionspraxis. Dasselbe gilt auch für das Halten einer Bezugsmasseebene. Diese Praktiken sind langfristig von Vorteil.

1. Versuchen Sie zu vermeiden, mehr als drei verschiedene Prepregs im Stapel zu verwenden.

2. Es gibt eine große Anzahl von Tools und Software.

3. Verwenden Sie alles Notwendige, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen.

4. Überprüfen Sie die Integrität des Signals, bevor Sie die endgültige Bestellung aufgeben.

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