Vraag:
Impedantie-aanpassing en grote spoorbreedtes
Kellenjb
2011-06-29 01:40:56 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ik werk momenteel aan een ontwerp waarin een van mijn IC's het gebruik van een 50 ohm trace specificeert. Het antwoord op deze vraag, karakteristieke impedantie van een spoor, laat zien dat een 120 mil-spoor nodig is om deze impedantie te krijgen.

De IC heeft alleen ruimte voor 18,8 mil-sporen, en dat wil zeggen dat er geen ruimte tussen de sporen is. Dus, hoe kan ik eigenlijk ontwerpen met die spoorimpedantie in gedachten gehouden? Het is duidelijk dat ik de plaatdikte kan verminderen of de koperhoogte kan vergroten, maar slechts tot op zekere hoogte en ik zou graag willen dat dit enigszins goedkoop wordt vervaardigd. Hoe wordt dit gewoonlijk aangepakt?

Het IC dat ik gebruik is de MAX9382 die tot 450 MHz kan werken, ik zal het waarschijnlijk rond 400-450 MHz gebruiken. De gegevens die worden gebruikt, zijn in eerste instantie analoog, maar moeten moeilijk worden beperkt om digitaal te worden om met dat IC te kunnen worden gebruikt.

Plaats de PCB-stapel en diëlektrische permittiviteit.
@Mark de stack-up en diëlektrische permittiviteit staan ​​nog ter discussie over wat te gebruiken (zoals in ik sta open voor suggesties). Maar voor FR-4 bij 500 MHz is de diëlektrische permittiviteit 4,35 en een plaat van 63 mil met 2 oz koper dat resulteert in een hoogte van 1,8 mil
Vijf antwoorden:
Joe
2011-06-29 01:56:30 UTC
view on stackexchange narkive permalink

U hoeft zich geen zorgen te maken over de impedantie van zeer korte PCB-sporen als onderdeel van een langer spoor. Je hebt dus een dunner spoor direct naast de chip. Maar als het spoor een afstand moet afleggen, moet u de dikte van het spoor aanpassen wanneer het van de chip afkomt. U zult de spoorbreedte gewoon "uitwaaieren", weg van de chip. Dat is hoe ik het altijd heb zien gebeuren.

Dit is niet anders dan de connectoren van een transmissielijn. De impedantie van een enkel kort element is misschien iets minder, maar is klein in vergelijking met de algehele transmissielijn.

Mark
2011-06-29 20:31:44 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Gebruik een stapel van 4 lagen.

Het is zinloos om de benodigde spoorbreedte te berekenen, tenzij er een stevig grondvlak onder zit, met een ontwerp met twee lagen moet je mogelijk sporen naar de andere kant leiden, wat dan vrijwel je impedantie verpest als ze ergens komen dicht bij je spoor.

Bij 450Mhz zou je echt solide, continue, goed ontkoppelde stroom- en grondvlakken moeten hebben. Dit verbetert de ruisprestaties, EMI-problemen, geeft je een betere impedantiecontrole, enz. Een 4-laags bord is niet veel te duurder dan een 2-laags.

Gebruik een 4-laags zoals:

  > ---------------- Signaal 18.3 mil> ---------------- Ground39 mil> ---- ------------ Power8.3 mil> ---------------- Signaal 2  

De afstand kan een beetje veranderen op basis van uw keuze voor koperdikte.

Dat geeft je ongeveer 10-20 mil voor je 50ohm-spoor op signaal 1/2, afhankelijk van de uiteindelijke diëlektrische en koperdikte op de signaallagen.

dit ontwerp zal zo eenvoudig zijn dat ik gemakkelijk een stevig grondvlak kan krijgen zonder sporen die het in stukken snijden. Ik ben het ermee eens dat het hebben van zowel een stroom- als een aardingsvliegtuig veel helpt. Om nog maar te zwijgen van de kortere afstand tussen de lagen.
De PCB-fabricage die ik gebruik, zegt 9,3 mil tussen de binnenste laag en de toplaag, 1,35 mil hoogte voor 1 oz koper, en van wat ik kan vinden is de relatieve permittiviteit ongeveer 3,2. Hierdoor is mijn vereiste spoorbreedte 18,55 mil. Dat klinkt veel redelijker voor een spoorbreedte.
@Kellenjb Klinkt goed, de algemene vuistregel is om onder de 10mil te blijven tussen de signaallagen en het grond- / krachtvlak. In mijn ervaring is het het beste om te gaan met wat de fab aanbeveelt, ze lijken allemaal een beetje anders in elkaar te zetten en het is niet de moeite waard ertegen te vechten, tenzij je een goede reden hebt. Houd er rekening mee dat je met sporen van 10-20mil waarschijnlijk ~ 2-3 ohm impedantie van het soldeermasker verliest, dus misschien wil je meer als 52-53 ohm fotograferen, of vraag de fab naar de dikte en diëlektrische constante van de masker en neem het op in de berekening.
user3624
2011-06-29 03:50:13 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Vaak kunnen te brede sporen problemen veroorzaken met de capaciteit van het spoor. Door het spoor dunner te maken, wordt de capaciteit kleiner. Natuurlijk verpest het hebben van dunnere sporen de impedantie.

Als de PCB-stackup anders wordt gedaan, waarbij de signaallaag dichter bij het power / gnd-vlak ligt, kan het spoor dunner zijn terwijl het nog steeds de juiste impedantie heeft. Op een meerlaagse PCB werkt dit alleen als het signaal zich ook op een binnenste laag bevindt, waardoor het moeilijk wordt om de juiste impedantie EN capaciteit op een buitenste laag te hebben.

Het eindresultaat is dat het allemaal een compromis is. Ik voer die signalen meestal uit op binnenlagen met geoptimaliseerde PCB-stackup's - maar houd de sporen dan mager en erg kort wanneer het naar een buitenlaag moet om bij een chip te komen.

Op een 2-laags PCB het is erg moeilijk om de juiste impedantie te hebben op smalle sporen - dus ik doe meestal geen moeite. Als impedantie kritiek is, ga ik naar ten minste een 4-laags PCB.

Als je naar je impedantie kijkt, kijk je per definitie naar een relatieve maat van capaciteit tot inductantie. Het feit dat het spoor zo breed moet zijn, is een teken dat de afstand tussen het grondvlak en het spoor groot genoeg is om de capaciteit niet zo groot te maken. Denk na over de ruimte die je nodig hebt tussen sporen om geen koppeling te hebben!
@Kortuk Dat is niet helemaal waar. Ik heb net de berekeningen doorgenomen voor een bord dat ik net heb gedaan. Laag 3 is een vlak. Voor 50 ohm moet een trace op laag 1 21,81 mil zijn en op laag 2 8,03 mil. Dat L1-spoor heeft 1.697pF / inch, terwijl het L2-spoor 1.354pF / inch heeft. Dat klinkt misschien niet veel, maar het is 25% meer pF voor laag 1 - en ik heb gezien dat dit een invloed heeft op zeer hoge snelheidssignalen (> 500 MHz).
als je verandert van intern naar het bord naar extern naar het bord, zullen je ontwerpvergelijkingen veranderen. Als het zich binnen het bord bevindt en twee grondvlakken heeft, zijn er zelfs oplossingen in gesloten vorm. Bij het ontwerpen van RF-circuits waren er drie primaire problemen met impedantie: is het afgestemd, zal het moeten variëren (via's en dergelijke) en zal het te veel franjes hebben om bij mijn ontwerpen te passen. Vaak kom je bij zeer brede sporen in niet-ideale situaties terecht, zeker bij koppeling aan nabije sporen. Ik kan zeggen dat het zelfs met brede sporen (en ik bedoel heel breed) nog steeds werkte.
billt
2011-06-30 02:51:22 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Kunt u aangrenzende referentiesporen samen met uw signalen routeren? Er is mij verteld dat gerouteerde tripletten, of zelfs quints als je geen tripletten kunt passen, enz., Soms kunnen werken in situaties zoals die van jou als je geen dichtbijgelegen vlak hebt om naar te verwijzen. Als je een diff-paar hebt, kan het meer op een quad lijken, met aangrenzende referenties / returns aan beide kanten van het diff-paar. Dezelfde mentor suggereert dat een bord met twee lagen moet worden behandeld als twee niet-gerelateerde borden vanwege de ruimte tussen de lagen, en gerouteerde verwijzingen / retouren zijn de juiste keuze als er niet meer lagen kunnen worden gebruikt.

I had het mis over de quad voor een diff-paar. Mijn aantekeningen van de relevante presentaties zeggen dat ik een triplet moet gebruiken, met een referentie TUSSEN de twee signalen van het diff-paar. Op deze manier nog steeds op zoek / wachtend op impedantieberekeningen. Er is mij verteld dat hij zoekt in welk RF / Magnetron-boek ze zich bevinden, hij heeft er een aantal.

@user4849, Dit is een uitstekend advies. Als u niet in de buurt van het grondvlak kunt komen, breng dan de grondreferentie naar u toe! Heeft u verwijzingen naar ontwerpvergelijkingen voor dit type lay-out? Dit klinkt zowel functioneel als precies wat het OP nodig heeft! \
Ik nog niet. Ik ben pas een week geleden begonnen met leren over dit soort dingen. Ik heb een paar dagen geleden een leeslijst en vergelijkingsinformatie opgevraagd, zoals jij dat vraagt, maar ik heb nog geen antwoord gezien. Ik zal hier posten als ik dat doe.
Er waren 4 lange gesprekken op Freescale FTF over dit exacte onderwerp, de eerste van Dan Beeker is hier misschien het meest direct gerelateerd. PDF van dia's staat op freescale-site, ik denk dat ik in de categorie Tech inschakelen, ik zal posten wanneer ik er ook in slaag een link of bestandsnaam naar deze te vinden. Rick Hartley sprak ook, en een van zijn voorgestelde boeken is gratis online http://www.thehighspeeddesignbook.com/
@Billt, Ik kijk ernaar uit om van u te horen!
FTF-ENT-F0964 Effectief ontwerp van printplaten: technieken om prestaties te verbeteren [link] http://www.freescale.com/webapp/sps/site/training_information.jsp?code=WBNR_PCBDESIGN
werken deze links? Ik weet niet zeker of ze zijn gekoppeld aan mijn logins-ession ... FTF-ENT-F0167 Hoogfrequent systeemontwerp (deel 1): Sporen als transmissielijnen, een perspectief van elektromagnetisch veldfysica [link] http://www.freescale.com / webapp / Download? colCode = FTF11_ENT_F0167 & location = null & Parent_nodeId = 130816363988071682C4CB & Parent_pageType = overzicht & Parent_nodeId = 130816363988071682C4CB & Parent_pageType = overzicht & Parent_n82363 Parent_pageType = 130816
FTF-ENT-F0172 Hoogfrequent systeemontwerp (deel 2): ​​transmissielijnen ontwerpen in printplaten met hoge snelheid: mogelijke problemen voorkomen [link] http://www.freescale.com/webapp/Download?colCode=FTF11_ENT_F0172&location= null & Parent_nodeId = 130816363988071682C4CB & Parent_pageType = overzicht
deze heeft "automotive" in de titel. Bekijk het ongeacht uw aanvraag. Praat over dingen die iets langzamer zijn dan de vorige jongens. FTF-ENT-F0174 Hoogfrequent systeemontwerp (deel 3): oplossingen voor EMC-problemen in transmissielijnen voor autosystemen [link] http://www.freescale.com/webapp/Download?colCode=FTF11_ENT_F0174&location=null&Parent_nodeId=130816363988071682CParentview_Parent_node_node_node_node_node = 130816363988071682C4CB & Parent_pageType = overzicht
Vond dit ook op het net ... Kijk op de laatste pagina voor noplane-vergelijkingen, een van de TFT-pdf's heeft een vergelijking die dit allemaal kan samenvoegen. Ik wacht echter nog steeds op antwoord op mijn verzoeken. We zijn eigenlijk op zoek naar vergelijkingen die gelijk zijn aan overspraak, denk ik. [link] http://www.cvel.clemson.edu/emc/expert_systems/PCB/summaries/Mutual_LC_summary.pdf
OK, na een lange vertraging (sorry), is het boek dat mij wordt aanbevolen met betrekking tot het routeren van uw retourpad naast uw signaaltracé "Transmission Line Design Handbook" door Brian Wadell. Ga naar coplanaire stroken in de sectie over coplanaire golfgeleiders.
Martin Thompson
2011-06-29 14:25:02 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Zoek eerst uit of het een echte vereiste is. Over welke afstand moet dit worden aangehouden? Als het een serieus signaal met hoge snelheid is (kijk naar de flanksnelheid in vergelijking met de lengte van het spoor), moet u wellicht wat simulatie uitvoeren. De Howard en Johnson-referentie die in het antwoord op uw gekoppelde vraag staat, is een geweldige bron voor dit soort dingen.

Als de vereiste echt is, zoek dan uit hoeveel tolerantie daar is is (je board fab kan waarschijnlijk maar +/- 10% krijgen van wat je vraagt, dus houd daar rekening mee).

BEWERK: kijkend naar uw rol die u nu heeft gepost, bevindt u zich in het gebied van "echte vereisten".

Randen van 80ps zijn vrij snel! De "kniefrequentie" waarop de harmonische snel begint af te nemen, is meer dan 6 GHz. Ervan uitgaande dat de voortplantingsvertraging ongeveer 66% van de lichtsnelheid is, is 80 ps 16 mm. De vuistregel is dat alles wat langer is dan 1 / 4-1 / 6 van de overgangstijd behandeld moet worden als een transmissielijn, wat betekent dat elk spoor langer dan een paar mm!

Ik zou aarzelen om dit op een 2-laags bord te proberen over elk verschil heen zonder enige simulatie uit te voeren.

U zult waarschijnlijk uit meerdere lagen moeten gaan om het referentievlak dichter bij het spoor te krijgen, zodat dunnere sporen aan de impedantiespecificatie kunnen voldoen. (EDIT: zoals aangegeven in de opmerkingen, zou je het in 2 lagen kunnen doen, maar je hebt dan een echt dun bord!)

Als alternatief zou je in staat kunnen zijn om een ​​coplanaire golfgeleiderstructuur op 2 lagen te bouwen die de impedantie kan bieden waarnaar u op zoek bent. Of misschien de afsluitweerstand verhogen, wat betekent dat de spoorimpedantie moet worden aangepast, wat een dunner spoor betekent. AppCAD kan u helpen met het spelen van parameters voor deze opties.

Klinkt als leuk :)

Ik denk dat dit gewoon het OP vertelt, als je deze vraag echt stelt, heb je pech en heb je een andere PCB nodig. Waarom meerlagig, waarom niet alleen dunner?
@Kortuk Als het OP een 120mil-spoor nodig heeft voor 50 ohm, gebruikt hij waarschijnlijk een 2-laags PCB die ongeveer 63 mils dik is. Om 50 ohm met 18 mil sporen te krijgen, moet de scheiding tussen de lagen in de buurt van 10 mil zijn, waardoor die 2-laags PCB ongeveer 15 mil dik is - veel te dun voor de meeste toepassingen. Dus ... Gaan met minimaal een 4-laags PCB is de manier om het te doen.
@DavidKessner, Dat was een ondergeschikt punt van mijn opmerking, ik dacht dat het wat uitleg in het antwoord kon gebruiken.
@Kortuk Uit de cijfers die ik in het verleden heb gezien, is het bouwen van een 4-laags bord met een standaarddikte zoals 63mil goedkoper dan het bouwen van een 2-laags bord met een niet-standaarddikte.


Deze Q&A is automatisch vertaald vanuit de Engelse taal.De originele inhoud is beschikbaar op stackexchange, waarvoor we bedanken voor de cc by-sa 3.0-licentie waaronder het wordt gedistribueerd.
Loading...