Сопротивление импеданса и большая ширина следа

11

В настоящее время я работаю над дизайном, в котором один из моих микросхем определяет использование 50-омной трассы. Ответ на этот вопрос, Характерный импеданс трассы , показывает, что для получения этого импеданса требуется трасса 120 мил.

IC имеет место только для 18,8 мил следов, и это предполагает отсутствие промежутка между следами. Итак, как я могу на самом деле проектировать с учетом этого полного сопротивления? Очевидно, что я могу уменьшить толщину платы или увеличить высоту меди, но только в некоторой степени, и я хотел бы, чтобы это было изготовлено за несколько более дешевый. Как это обычно решается?

Микросхема, которую я использую, - это MAX9382, которая может работать до 450 МГц, я, вероятно, буду использовать ее в диапазоне 400-450 МГц. Используемые данные изначально являются аналоговыми, но их трудно ограничить, чтобы они стали цифровыми, чтобы их можно было использовать с этой ИС.

rf pcb-design impedance

— Kellenjb
источник

Разместите PCB в стопку и диэлектрическую проницаемость.

— Марк

@ Маркировка стека и диэлектрическая проницаемость все еще обсуждаются относительно того, что использовать (как я открыт для предложений). Но для FR-4 на частоте 500 МГц диэлектрическая проницаемость составляет 4,35 и плата 63 мил с медью 2 унции, что приводит к высоте 1,8 мил

— Kellenjb

6

Используйте 4-х слойный стек.

Вычислять необходимую ширину трассы бессмысленно, если под ней нет сплошной грунтовой плоскости. При двухслойной конструкции вам может понадобиться направить трассы на другую сторону, которая затем в значительной степени разрушит ваш импеданс, если они приблизятся к вашей трассе.

На частоте 450 МГц у вас действительно должны быть надежные, непрерывные, правильно отсоединенные силовые и заземляющие плоскости. Это улучшит шумовые характеристики, проблемы с электромагнитными помехами, улучшит контроль импеданса и т. Д. Создание 4-х слойной платы не намного дороже, чем двухслойное.

Используйте 4 слоя как:

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

Расстояние может немного измениться в зависимости от выбора толщины меди.

Это даст вам что-то вроде 10-20 мил на трассу 50 Ом на сигнале 1/2, в зависимости от конечного диэлектрика и толщины меди на слоях сигнала.

— отметка
источник

1

эта конструкция будет достаточно простой, чтобы я мог легко получить твердую плоскость земли без следов, разрезая ее. Я согласен, что наличие как силового, так и наземного самолета очень помогает. Не говоря уже о более коротком расстоянии между слоями.

— Kellenjb

1

Изготовление печатной платы, которое я использую, говорит, что между внутренним слоем и верхним слоем 9,3 мил, высота 1,35 мил на 1 унцию меди, и из того, что я могу найти, относительная диэлектрическая проницаемость составляет около 3,2. Это делает мою требуемую ширину трассы 18,55 мил. Это звучит гораздо разумнее для ширины трассы.

— Kellenjb

1

@Kellenjb Звучит правильно, общее правило - оставаться на расстоянии менее 10 милей между уровнями сигнала и плоскостью заземления / мощности. По моему опыту, лучше всего придерживаться того, что рекомендует завод, все они, кажется, собираются немного по-разному, и бороться с ними не стоит, если у вас нет веских причин. Имейте в виду, что при следах 10-20 миль вы, вероятно, потеряете ~ 2-3 Ом сопротивления от паяльной маски, так что вы можете захотеть стрелять больше, например, 52-53 Ом, или спросить у фабрики толщину и диэлектрическую проницаемость замаскировать и включить его в расчет.

— Марк

8

Вам не нужно беспокоиться об импедансе очень коротких трасс PCB как части более длинных трасс. Таким образом, у вас будет более тонкий след прямо рядом с чипом. Но если след должен пройти какое-то расстояние, вам нужно отрегулировать толщину следа, когда он удаляется от чипа. Вы просто «размахнете» ширину трассы от чипа. Так я всегда видел, как это делается.

Это мало чем отличается от разъемов любой линии передачи. Сопротивление одного короткого элемента может быть немного меньше, но оно незначительно по сравнению с общей линией передачи.

— Джо
источник

5

Часто наличие слишком широких следов может вызвать проблемы с емкостью следа. Делая след тоньше, уменьшит емкость. Конечно, более тонкие следы портят импеданс.

Если расстановка печатных плат выполняется по-другому, где уровень сигнала находится ближе к плоскости power / gnd, то трасса может быть более тонкой, сохраняя при этом надлежащий импеданс. На многослойной печатной плате это работает только тогда, когда сигнал также находится на внутреннем слое, что затрудняет получение надлежащего импеданса И емкости на внешнем слое.

Конечный результат - это все компромисс. Я обычно запускаю эти сигналы на внутренних слоях с оптимизированным набором печатных плат, но затем сохраняю следы тощими и очень короткими, когда приходится переходить на внешний слой, чтобы попасть в чип.

На двухслойной печатной плате очень трудно иметь надлежащий импеданс на узких трассах, поэтому я обычно не беспокоюсь. Если импеданс является критическим, я перейду к 4-слойной печатной плате.

По определению, когда вы смотрите на свое сопротивление, вы смотрите на относительную меру емкости к индуктивности. Тот факт, что трасса должна быть такой широкой, является признаком того, что расстояние между земной плоскостью и трассой достаточно велико, чтобы емкость не была такой большой. Подумайте о промежутке между следами, который вам не нужен!

— Кортук

@ Kortuk Это не совсем так. Я только что прошел расчеты для доски, которую я только что сделал. Слой 3 является плоскостью. Для 50 Ом след на слое 1 должен составлять 21,81 мил, а на слое 2 - 8,03 мил. Этот след L1 имеет 1.697pF / дюйм, в то время как след L2 имеет 1.354pF / дюйм. Это может звучать не так уж и много, но для слоя 1 это на 25% больше пФ, и я видел, что это влияет на очень высокоскоростные сигналы (> 500 МГц).

1

если вы переходите от внутреннего к плате к внешнему по отношению к плате, вы будете менять свои расчетные уравнения. Если он находится внутри платы и имеет две плоскости заземления, существуют даже решения замкнутой формы. При проектировании радиочастотных цепей имелись три основные проблемы с импедансом: согласовано ли оно, будет ли оно варьироваться (переходные и тому подобное), и будет ли слишком много окаймления, чтобы соответствовать моим проектам. Часто с очень широкими следами вы сталкиваетесь с неидеальными ситуациями, особенно с привязкой к соседним следам. Я могу сказать, что даже с широкими следами (и я имею в виду очень широкие) это все еще работало.

— Кортук

3

Можете ли вы направить соседнюю контрольную трассу вместе со своими сигналами? Мне сказали, что перенаправленные триплеты или даже квинты, если вы не можете разместить триплеты и т. Д., Могут иногда работать в таких ситуациях, как ваша, если у вас нет близкой плоскости, на которую можно сослаться. Если у вас есть пара различий, то это может быть больше похоже на квад, с соседними ссылками / возвратами снаружи по обе стороны от пары различий. Тот же наставник предлагает, чтобы двухслойная плата рассматривалась как две несвязанные платы из-за расстояния между слоями, и маршрутизация ссылок / возвратов - это путь, если больше слоев не может быть получено.

Я был неправ насчет четырехугольника для пары различий. В моих заметках из соответствующих презентаций говорится, что используется триплет со ссылкой между двумя сигналами разностной пары. Все еще ищу / жду расчетов импеданса таким образом. Мне сказали, что он ищет, в какой РЧ / микроволновой книге они находятся, у него их несколько.

— billt
источник

@ user4849, это отличный совет. Если вы не можете приблизиться к наземной плоскости, принесите ссылку на землю! Есть ли у вас какие-либо ссылки на уравнения дизайна для этого типа макета? Это звучит как функционально, так и именно так, как нужно ОП! \

— Кортук

1

Пока не знаю Я просто случайно узнал об этом примерно неделю назад. Пару дней назад я запросил список чтения и информацию об уравнениях, о которой вы спрашиваете, но пока не видел ответа. Я отправлю здесь, когда я сделаю.

— Билт

2

На эту конкретную тему в Freescale FTF было 4 долгих разговора, первый из которых Дэн Бикер, пожалуй, имеет самое непосредственное отношение. PDF слайдов находится на сайте freescale, я думаю, что в категории Enabling Tech я опубликую информацию, когда мне удастся найти ссылку или имя файла на них. Рик Хартли также говорил, и одна из его предлагаемых книг бесплатна на сайте thehighspeeddesignbook.com

— billt

@ Билл, я с нетерпением жду ответа от тебя!

— Кортук

1

у этого есть "автомобильный" в названии. Проверьте это независимо от вашего приложения. Разговоры о вещах несколько медленнее, чем у предыдущих парней. FTF-лор-F0174 Высокочастотного System Design (Часть 3): Решения для вопросов электромагнитной совместимости в автомобильной системе линий электропередачи [ссылка] freescale.com/webapp/...

— billt

0

Сначала выясните, является ли это реальным требованием. На каком расстоянии это должно быть соблюдено? Если это сигнал с очень высокой скоростью (посмотрите на частоту фронтов по сравнению с длиной трассы), вам может потребоваться выполнить некоторое моделирование. Ссылка Говарда и Джонсона, которая содержится в ответе на ваш связанный вопрос, является отличным источником информации по этому вопросу.

Если требование является реальным, то выясните, насколько велик допуск (ваш фаб на доске может, вероятно, получить только +/- 10% от того, что вы просите, так что примите это во внимание).

РЕДАКТИРОВАТЬ: глядя на вашу часть, которую вы сейчас опубликовали, вы находитесь на территории "реальных требований".

80ps края довольно быстро! «Частота колена», при которой гармоника начинает быстро падать, составляет более 6 ГГц. Предполагая, что задержка распространения составляет около 66% от скорости света, 80ps составляет 16 мм. Эмпирическое правило гласит, что все, что больше 1 / 4-1 / 6 времени перехода, должно рассматриваться как линия передачи, что означает любой след длиннее нескольких мм!

Я не решался бы попробовать это на двухслойной доске из-за любой разницы без какой-либо симуляции.

Скорее всего, вам придется пройти многослойно, чтобы приблизить базовую плоскость к трассе, что позволяет более тонким трассам соответствовать спецификации импеданса. (РЕДАКТИРОВАТЬ: Как указано в комментариях, вы можете сделать это в 2 слоя, но тогда у вас будет очень тонкая доска!)

В качестве альтернативы вы можете построить компланарную волноводную структуру на 2 слоях, которые могут обеспечить искомое сопротивление. Или, возможно, увеличьте сопротивление завершения, что означает изменение полного сопротивления трассы, что означает более тонкую трассу. AppCAD может помочь вам поиграть с параметрами для этих опций.

Звучит забавно :)

— Мартин Томпсон
источник

Я думаю, что это просто говорит ОП, если вы действительно задаете этот вопрос, вам не повезло, и вам нужна другая печатная плата. Почему многослойный, а не просто более тонкий?

— Кортук

@ Kortuk Если ОП потребовалось 120-миллиметровый след для 50 Ом, он, вероятно, использует 2-слойную печатную плату толщиной около 63 мил. Чтобы получить 50 Ом с 18 милями трассы, расстояние между слоями должно составлять около 10 мил, что делает эту двухслойную печатную плату толщиной около 15 мил - слишком тонкой для большинства применений. Таким образом ... Способ сделать это по крайней мере с 4-х слойной печатной платой.

@DavidKessner, это был второстепенный пункт моего комментария, я думал, что он мог бы использовать некоторые объяснения в ответе.

— Кортук

@ Kortuk Из чисел, которые я видел в прошлом, создание 4-слойной доски стандартной толщины, такой как 63 мил, дешевле, чем создание 2-слойной доски нестандартной толщины.

— Марк