Dopasowywanie impedancji i duże szerokości śladu

11

Obecnie pracuję nad projektem, w którym jeden z moich układów scalonych określa użycie śladu 50 omów. Odpowiedź na to pytanie, impedancja charakterystyczna śladu , pokazuje, że do uzyskania tej impedancji wymagany jest ślad 120 mil.

IC ma miejsce tylko na 18,8 miliona śladów, co zakłada brak odstępu między śladami. Jak więc właściwie zaprojektować, mając na uwadze tę impedancję śladową? Oczywiście mogę zmniejszyć grubość płyty lub zwiększyć wysokość miedzi, ale tylko do pewnego stopnia i chciałbym, aby to było zrobione nieco taniej. Jak to zwykle się zajmuje?

Układ scalony, którego używam, to MAX9382, który może działać do 450 MHz, prawdopodobnie będę go używać około 400-450 MHz. Dane, które są używane, są początkowo analogowe, ale muszą być ściśle ograniczone, aby stały się cyfrowe, aby można je było używać z tym układem scalonym.

rf pcb-design impedance

— Kellenjb
źródło

Umieść stos PCB i przenikalność dielektryczną.

— Mark

@Zaznacz stos i przenikalność dielektryczna są nadal przedmiotem dyskusji na temat tego, czego użyć (jak w jestem otwarty na sugestie). Ale dla FR-4 przy 500 MHz przenikalność dielektryczna wynosi 4,35 i płyta 63 miliony miedzi o

— grubości

6

Użyj 4-warstwowej kopii zapasowej.

Obliczanie potrzebnej szerokości śladu jest bezcelowe, chyba że pod nim znajduje się solidna płaszczyzna uziemienia, z dwuwarstwową konstrukcją może być konieczne poprowadzenie śladów po drugiej stronie, która następnie rujnuje impedancję, jeśli zbliżą się do twojego śladu.

Przy częstotliwości 450 MHz naprawdę powinieneś mieć solidną, ciągłą, odpowiednio oddzieloną moc i płaszczyzny uziemienia. Poprawi to poziom hałasu, problemy z zakłóceniami elektromagnetycznymi, zapewni lepszą kontrolę impedancji itp. Fabbing 4-warstwowej płytki nie jest o wiele droższy niż 2-warstwowa.

Użyj 4 warstw, takich jak:

>----------------Signal 1
8.3 mil
>----------------Ground
39 mil
>----------------Power
8.3 mil
>----------------Signal 2

Odstępy mogą się nieco zmienić w zależności od wybranej grubości miedzi.

To da ci coś w rodzaju 10-20 mil dla śladu 50 omów na Signal 1/2 w zależności od końcowego dielektryka i grubości miedzi na warstwach Signal.

— znak
źródło

1

ten projekt będzie na tyle prosty, że z łatwością mogę uzyskać solidną płaszczyznę gruntu bez śladów, które mogłyby ją rozerwać. Zgadzam się, że posiadanie zarówno płaszczyzny mocy, jak i płaszczyzny naziemnej bardzo pomaga. Nie wspominając o mniejszej odległości między warstwami.

— Kellenjb

1

Produkcja płytek drukowanych, z której korzystam, wynosi 9,3 miliona między warstwą wewnętrzną a górną, 1,35 mil wysokości dla 1 uncji miedzi, a z tego, co mogę znaleźć, względna przenikalność wynosi około 3,2. To sprawia, że moja wymagana szerokość śledzenia wynosi 18,55 mil. Brzmi to znacznie rozsądniej dla szerokości śladu.

— Kellenjb

1

@Kellenjb Brzmi dobrze, ogólną zasadą jest pozostawanie poniżej 10 mil między warstwami sygnału a płaszczyzną uziemienia / mocy. Z mojego doświadczenia wynika, że najlepiej jest stosować to, co poleca fab, wszystkie wydają się składać nieco inaczej i nie warto z nimi walczyć, chyba że masz dobry powód. Należy pamiętać, że przy śladach 10-20 mil prawdopodobnie stracisz ~ 2-3 omów impedancji z maski lutowniczej, więc możesz chcieć strzelać o więcej niż 52-53 omów lub poprosić fab o grubość i stałą dielektryczną maskę i uwzględnij ją w obliczeniach.

— Mark

8

Nie musisz się martwić impedancją bardzo krótkich ścieżek PCB w ramach dłuższego śladu. Dzięki temu będziesz mieć cieńszy ślad bezpośrednio obok układu. Ale jeśli ślad musi przejść na dowolną odległość, musisz dostosować grubość śladu, gdy wychodzi on z układu. Po prostu „rozwiać” szerokość śladu od chipa. Tak zawsze to widziałem.

Nie różni się to od złączy dowolnej linii transmisyjnej. Impedancja pojedynczego krótkiego elementu może być nieco mniejsza, ale jest niewielka w porównaniu z ogólną linią transmisyjną.

— Joe
źródło

5

Często posiadanie zbyt szerokich śladów może powodować problemy z pojemnością śladu. Rozrzedzenie śladu zmniejszy pojemność. Oczywiście posiadanie cieńszych śladów zaburza impedancję.

Jeśli tworzenie kopii zapasowej na płytce drukowanej odbywa się inaczej, gdy warstwa sygnałowa znajduje się bliżej płaszczyzny mocy / masy, wówczas ślad może być cieńszy, zachowując odpowiednią impedancję. Na wielowarstwowej płytce drukowanej działa to tylko wtedy, gdy sygnał znajduje się również na warstwie wewnętrznej - co utrudnia uzyskanie właściwej impedancji ORAZ pojemności na warstwie zewnętrznej.

Rezultat końcowy jest taki, że wszystko jest kompromisem. Zwykle uruchamiam te sygnały na warstwach wewnętrznych przy użyciu zoptymalizowanych kopii zapasowych PCB - ale potem utrzymuję ślady wąskie i bardzo krótkie, gdy trzeba przejść do warstwy zewnętrznej, aby dostać się do układu.

Na dwuwarstwowej płytce drukowanej bardzo trudno jest uzyskać odpowiednią impedancję na wąskich ścieżkach - dlatego zwykle nie przeszkadzam. Jeśli impedancja jest krytyczna, przejdę do co najmniej 4-warstwowej płytki drukowanej.

Z definicji patrząc na impedancję, patrzysz na względną miarę pojemności względem indukcyjności. Fakt, że ślad musi być tak szeroki, jest znakiem, że odległość między płaszczyzną uziemienia a śladem jest wystarczająco duża, aby pojemność nie była tak duża. Pomyśl o przestrzeni potrzebnej między śladami, aby nie mieć sprzężenia!

— Kortuk

@Kortuk To nie do końca prawda. Właśnie przejrzałem obliczenia tablicy, którą właśnie wykonałem. Warstwa 3 jest płaszczyzną. Dla 50 omów ślad na warstwie 1 musi wynosić 21,81 milsów, a na warstwie 2 - 8,03 milsów. Ten ślad L1 ma 1,697 pF / cal, podczas gdy ślad L2 ma 1,354 pF / cal. To może nie brzmieć dużo, ale to o 25% więcej pF dla warstwy 1 - i widziałem, że ma to wpływ na sygnały o bardzo dużej prędkości (> 500 MHz).

1

jeśli zmieniasz z wewnętrznej na tablicę na zewnętrzną na tablicę, zmienią się twoje równania projektowe. Jeśli jest on wewnętrzny na płycie i ma dwie płaszczyzny uziemienia, istnieją nawet rozwiązania w formie zamkniętej. Przy projektowaniu obwodów RF pojawiły się trzy główne obawy dotyczące impedancji, czy są one dopasowane, czy będą musiały się różnić (przelotki itp.) I czy będą miały zbyt dużo frędzli, aby pasowały do moich projektów. Często przy bardzo szerokich śladach napotykasz sytuacje niecałkowite, szczególnie przy sprzęganiu ze śladami w pobliżu. Mogę powiedzieć, że nawet przy szerokich śladach (i mam na myśli bardzo szerokie) to wciąż działało.

— Kortuk

3

Czy potrafisz trasować sąsiadujący ślad referencyjny wraz ze swoimi sygnałami? Powiedziano mi, że routowane trojaczki, a nawet kwinte, jeśli nie możesz dopasować trojaczki itp., Mogą czasem działać w sytuacjach takich jak twoja, jeśli nie masz bliskiej płaszczyzny do odniesienia. Jeśli masz parę różnic, może to być bardziej quad, z sąsiednimi odniesieniami / zwrotami na zewnątrz po obu stronach pary różnic. Ten sam mentor sugeruje, że tablica dwuwarstwowa powinna być traktowana jako dwie niepowiązane tablice ze względu na przestrzeń między warstwami, a routowane odniesienia / powroty są dobrym rozwiązaniem, jeśli nie można mieć więcej warstw.

Myliłem się co do quada dla pary różnic. Moje notatki z odpowiednich prezentacji mówią, że używam tripletu, z odniesieniem MIĘDZY dwoma sygnałami pary różnic. Wciąż szukam / czekam na obliczenia impedancji w ten sposób. Powiedziano mi, że chce dowiedzieć się, w której książce RF / Kuchenka mikrofalowa są, ma ich kilka.

— Billt
źródło

@ user4849, To doskonała rada. Jeśli nie możesz zbliżyć się do płaszczyzny podłoża, przynieś odniesienie do ziemi! Czy masz jakieś odniesienia do równań projektowych dla tego typu układu? Brzmi to zarówno funkcjonalnie, jak i dokładnie to, czego potrzebuje OP! \

— Kortuk

1

Jeszcze nie Właśnie zdarzyło się, że zacząłem się uczyć o takich rzeczach tydzień temu. Kilka dni temu poprosiłem o listę lektur i informacje o równaniach, o które pytasz, ale jeszcze nie widziałem odpowiedzi. Będę tu pisać, kiedy to zrobię.

— Billt

2

Na Freescale FTF odbyły się 4 długie rozmowy na ten właśnie temat, pierwszy z nich Dan Beeker jest chyba najbardziej bezpośrednio tutaj związany. Plik PDF ze slajdami znajduje się na stronie Freescale, myślę, że jako kategorię Włączanie technologii, opublikuję, gdy uda mi się znaleźć link lub nazwę pliku do nich. Rick Hartley również się odezwał, a jedna z jego sugerowanych książek jest darmowa online thehighspeeddesignbook.com

— Billt

@Billt, czekam na odpowiedź od Ciebie!

— Kortuk

1

ten ma tytuł „motoryzacyjny”. Sprawdź to niezależnie od twojej aplikacji. Mówi o rzeczach nieco wolniejszych niż poprzedni. FTF-ENT-F0174 Projektowanie systemu wysokiej częstotliwości (część 3): Rozwiązania problemów związanych z kompatybilnością elektromagnetyczną w liniach transmisyjnych systemów motoryzacyjnych [link] freescale.com/webapp/…

— bill

0

Najpierw dowiedz się, czy to prawdziwy wymóg. Na jakiej odległości należy to zachować? Jeśli jest to poważnie wysoki sygnał prędkości (spojrzenie na krawędzi kursu w stosunku do długości śladu) może trzeba wykonać jakąś symulację. Odwołanie do Howarda i Johnsona, które znajduje się w odpowiedzi na twoje powiązane pytanie, jest świetnym źródłem informacji na ten temat.

Jeśli wymaganie jest prawdziwe, to dowiedz się, że istnieje duża tolerancja (Twoja fab board prawdopodobnie może uzyskać tylko +/- 10% tego, o co prosisz, więc weź to pod uwagę).

EDIT: Patrząc na część już teraz pisał, to są w „prawdziwym wymóg” terytorium.

Krawędzie 80ps są dość szybkie! „Częstotliwość kolana”, przy której harmoniczne zaczynają gwałtownie opadać, wynosi powyżej 6 GHz. Zakładając, że opóźnienie propagacji wynosi około 66% prędkości światła, 80ps wynosi 16 mm. Ogólna zasada jest taka, że cokolwiek dłuższego niż 1 / 4-1 / 6 czasu przejścia będzie musiało być traktowane jak linia transmisyjna, co oznacza, że każdy ślad dłuższy niż kilka mm!

Wahałbym się przed wypróbowaniem tego na 2-warstwowej planszy, niezależnie od różnicy, bez przeprowadzania symulacji.

Prawdopodobnie będziesz musiał przejść wielowarstwowo, aby zbliżyć płaszczyznę odniesienia do śladu, co pozwoli cieńszym śladom spełnić specyfikację impedancji. (EDYCJA: Jak wskazano w komentarzach, możesz to zrobić w 2 warstwach, ale wtedy będziesz miał naprawdę cienką deskę!)

Alternatywnie możesz być w stanie zbudować współpłaszczyznową falowód na 2 warstwach, które mogą zapewnić impedancję, której szukasz. A może zwiększyć rezystancję zakończenia, co oznacza zmianę impedancji śledzenia, aby dopasować, co oznacza cieńszy ślad. AppCAD może pomóc ci grać z parametrami dla tych opcji.

Brzmi zabawnie :)

— Martin Thompson
źródło

Myślę, że to tylko mówi OP, jeśli naprawdę zadajesz to pytanie, nie masz szczęścia i potrzebujesz innej płytki drukowanej. Dlaczego wielowarstwowy, dlaczego nie tylko cieńszy?

— Kortuk

@Kortuk Jeśli OP potrzebował śledzenia 120 mil na 50 omów, to prawdopodobnie używa 2-warstwowej płytki o grubości około 63 mil. Aby uzyskać 50 omów z 18 milimetrowymi śladami, separacja między warstwami musi znajdować się w okolicach 10 mil, co czyni tę 2-warstwową płytkę PCB o grubości około 15 mil - zdecydowanie za cienką dla większości zastosowań. Tak więc ... Najlepszym rozwiązaniem jest użycie co najmniej 4-warstwowej płytki drukowanej.

@DavidKessner, To był drugi punkt mojego komentarza. Pomyślałem, że przydałoby się jakieś wyjaśnienie w odpowiedzi.

— Kortuk

@Kortuk Z liczb, które widziałem w przeszłości, budowanie 4-warstwowej planszy o standardowej grubości, takiej jak 63 mil, jest tańsze niż budowanie 2-warstwowej planszy o niestandardowej grubości.

— Mark