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Richtlinien für das Hochgeschwindigkeits-PCB-Design: Aktualisiert 2023

Views: 1044 Autor: Site-Editor Veröffentlichungszeit: 2023-04-25 Herkunft: Site

Schnelle Geschwindigkeit PCB-Design stellt Leiterplatten (PCBs) her, die mit hohen Geschwindigkeiten arbeiten, normalerweise Hunderte von Megahertz oder Gigahertz. Um sicherzustellen, dass der Plan bei diesen Frequenzen gut funktioniert, müssen einige Dinge beachtet werden. In diesem Blog besprechen wir wichtige Dinge, die bei der Herstellung von Hochgeschwindigkeits-Leiterplatten zu beachten sind.

Schichtenstapel Die Hochgeschwindigkeitsleistung einer Leiterplatte hängt davon ab, wie ihre Schichten gestapelt sind. Ein guter Schichtaufbau stellt sicher, dass die Signalqualität optimal ist und Probleme mit elektromagnetischen Interferenzen (EMI) minimal sind.

Spurbreite und -abstand:

 Die Breite und der Abstand der Leiterbahnen müssen sorgfältig ausgewählt werden, um Verluste zu reduzieren und Impedanzen zu erfüllen. Die Breite der Leiterbahnen muss groß genug sein, um die erforderliche Strommenge zu übertragen und gleichzeitig die Impedanz unter Kontrolle zu halten.

Impedanzkontrolle: Hochgeschwindigkeitssignale benötigen eine präzise Impedanzkontrolle, um Signalreflexionen zu reduzieren und die Reinheit des Signals aufrechtzuerhalten. Designer müssen Impedanzwerkzeuge verwenden, um die richtigen Breiten und Dicken für die Leiterbahnen und Dielektrika auszuwählen, um die richtige Impedanz zu erhalten.

Bei der Herstellung von Leiterplatten (PCBs) für Hochgeschwindigkeitsanwendungen ist es wichtig, die Impedanz zu kontrollieren. Unter Impedanzkontrolle versteht man kurz gesagt, wie der Widerstand, die Kapazität und die Induktivität der Leitungen auf der Leiterplatte verwaltet werden, um sicherzustellen, dass sich Signale schnell und korrekt ausbreiten.

 Dies ist besonders wichtig in digitalen Hochgeschwindigkeitssystemen, in denen die Signalanstiegszeiten sehr kurz sind und die Auswirkungen von Signalreflexionen, Übersprechen und Rauschen sehr groß sein können.

Warum ist die PCB-Impedanz bei PCB wichtig?

Mit der Impedanz lässt sich messen, wie schwer es für Elektrizität ist, sich zu bewegen. Bei einer PCB-Leiterbahn wird die Impedanz durch die Größe der Leiterbahn, ihre Position im Verhältnis zur Referenzebene (normalerweise eine Masseebene), die Dielektrizitätskonstante des PCB-Materials und die Frequenz des Signals bestimmt.

 PCB-Design-

 Normalerweise wird die Impedanz einer Leiterbahn in Ohm () angegeben und es ist wichtig, die Impedanz über die gesamte Länge der Leiterbahn gleich zu halten, um Signalreflexionen und Übersprechen zu vermeiden.

Wenn ein Signal auf seinem Weg auf eine Widerstandsänderung stößt, beispielsweise am Ende einer Spur oder eines Visums, springt das Signal zurück. Wenn ein Signal eine Impedanzänderung erfährt, wird ein Teil seiner Energie an seine Quelle zurückgesendet. Dies kann andere Signale auf derselben Spur stören oder die Signalqualität verschlechtern. Um Signalechos auf ein Minimum zu beschränken, muss die Impedanz der Leiterbahn über ihre gesamte Länge gleich bleiben.

Umgekehrt tritt Übersprechen auf, wenn elektromagnetische Kopplung dazu führt, dass zwei Signale auf benachbarten Leiterbahnen einander stören. Wenn sich ein Signal auf einer Leiterbahn schnell ändert, kann ein elektrisches Feld eine Spannung in der benachbarten Leiterbahn verursachen.

Dies kann zu Fehlern in den Signalen führen und die Qualität der Signale insgesamt verschlechtern. Um das Übersprechen auf ein Minimum zu beschränken, halten Sie den Abstand zwischen den Leiterbahnen gleich und verwenden Sie Schutzleiterbahnen oder Isolierungen, um die elektromagnetische Kopplung zu verringern.

Beim PCB-Design gibt es mehrere Möglichkeiten, die Impedanz zu steuern. Eine Möglichkeit besteht darin, Impedanzrechner oder Feldlöser zu verwenden, um die erforderliche Leiterbahnbreite, den Abstand und die Schichtdicke zu ermitteln, um die gewünschte Impedanz zu erhalten.

Wie steuere ich die Impedanz in einer Leiterplatte?

Eine beliebte Methode besteht darin, kontrollierte Impedanzspuren mit einem bestimmten Impedanzwert zu verwenden. In den meisten Fällen werden Leiterbahnen mit kontrollierter Impedanz hergestellt, indem eine bestimmte Breite und ein bestimmter Abstand für die Leiterbahnen verwendet und die Dicke der Isolierschicht zwischen den Signal- und Masseebenen geändert wird.

Differenzielle Signalisierung, die häufig in digitalen Hochgeschwindigkeitsdesigns verwendet wird, ist eine weitere Möglichkeit, den Widerstand zu steuern. Bei der Differenzsignalisierung werden ein Signal und sein Gegenstück auf zwei Leitungen mit einem gewissen Abstand dazwischen gesendet. Das Differenzsignal weist eine geringere Spannungsänderung auf, wodurch Rauschen und Interferenzen weniger problematisch sind.

Denken Sie daran, dass es bei der Impedanzkontrolle nicht nur darum geht, sicherzustellen, dass die Impedanzzahl gleich bleibt. Es bedeutet auch sicherzustellen, dass der Impedanzwert den Anforderungen des Systems entspricht, die sich je nach Frequenz und Signaltyp ändern können.

Beispielsweise benötigen Hochfrequenzsignale möglicherweise eine niedrigere Impedanz, um Signalverluste zu reduzieren, während Niederfrequenzsignale möglicherweise eine höhere Impedanz benötigen, um Rauschen zu reduzieren.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Kontrolle der Impedanz ein wichtiger Bestandteil des PCB-Designs für Hochgeschwindigkeitsanwendungen ist. Es bedeutet, auf den Widerstand, die Kapazität und die Induktivität der PCB-Leiterbahnen zu achten, um sicherzustellen, dass Nachrichten schnell übermittelt werden und nicht durcheinander geraten. Durch die Impedanzkontrolle wird sichergestellt, dass digitale Hochgeschwindigkeitssysteme einwandfrei funktionieren, indem Signalechos, Übersprechen und Rauschen reduziert werden.

 Die Steuerung der Impedanz kann auf verschiedene Weise erfolgen, z. B. durch die Verwendung kontrollierter Impedanzspuren, Differenzsignale oder Impedanzrechner. Bei der Integration der Impedanzkontrolle in ihre PCB-Designs müssen Designer sorgfältig darüber nachdenken, was das System benötigt und welche Ausgänge es ausgibt.

Paare, die unterschiedlich sind:

Hochgeschwindigkeitssysteme verwenden häufig Differenzpaare, um elektromagnetische Störungen zu reduzieren und die Signalintegrität zu verbessern. Um eine gute Impedanzanpassung und weniger Übersprechen zu erreichen, müssen Breite, Abstand und Länge der Leiterbahnen sorgfältig kontrolliert werden.

Platzierung der Vias:

 Bei Hochgeschwindigkeits-PCB-Designs ist die Platzierung von Durchkontaktierungen wichtig, da diese zu Signalreflexionen und Impedanzfehlanpassungen führen können. Wenn Durchkontaktierungen sorgfältig platziert werden, haben sie weniger Einfluss auf die Signalstabilität.

Entkopplungskondensatoren:

Diese Kondensatoren werden verwendet, um den Teilen auf der Leiterplatte eine stabile Spannungsquelle zu geben. Die Platzierung von Entkopplungskondensatoren an der richtigen Stelle ist wichtig, um Geräusche von der Stromquelle zu reduzieren und einen reibungslosen Betrieb des Systems sicherzustellen.

Strom- und Masseebenen:

 Hochgeschwindigkeitsdesigns benötigen Strom- und Masseebenen, um sicherzustellen, dass die Rückströme einen Weg mit geringem Widerstand haben. EMI-Probleme können auf ein Minimum beschränkt werden und eine gute Signalintegrität kann durch sorgfältige Platzierung der Strom- und Erdungsebenen gewährleistet werden.

Die Signalführung ist in Hochgeschwindigkeitssystemen wichtig, da sie die Signalintegrität stark beeinträchtigen kann. Router sollten so eingerichtet werden, dass Crosstalk-Echos und -Verluste minimal sind.

Der Umgang mit Signalen ist beim Entwurf von Leiterplatten (PCBs) wichtig. Dabei werden verschiedene Teile auf der Platine miteinander verbunden, indem elektrische Signale über ein Netzwerk aus Kupferleiterbahnen gesendet werden. Die beste Leistung, Zuverlässigkeit und Nützlichkeit der Leiterplatte hängt davon ab, wie gut die Signale weitergeleitet werden. In diesem Artikel wird die Signalführung im PCB-Design erörtert und dabei viele Teile des Prozesses abgedeckt.

Denken Sie an die Signalintegrität

Die Signalintegrität ist eines der wichtigsten Dinge, die beim Verschieben von Signalen auf einer Leiterplatte berücksichtigt werden müssen. Es ist wichtig sicherzustellen, dass die Daten mit möglichst wenig Verlust, Rauschen und Verzerrungen gesendet werden. Die Signalintegrität kann durch viele Dinge beeinflusst werden, wie z. B. Leiterbahnlänge, Routing-Struktur, Schichtstapelung, Komponentenplatzierung und mehr.

Messen Sie die Breite und den Abstand der Leiterbahnen

Die Breite und der Abstand der zur Signalführung verwendeten Leitungen sind für die Aufrechterhaltung der Signalintegrität sehr wichtig. Die Stromtragfähigkeit einer Leiterbahn basiert auf ihrer Breite, während Übersprechen und parasitäre Kapazität auf dem Abstand zwischen den Leiterbahnen basieren. Die Auswahl der richtigen Leiterbahnbreite und des richtigen Abstands ist abhängig von den Anforderungen des Systems wichtig.

Ebenenstapel

Beim Routing von Daten ist es auch wichtig, darüber nachzudenken, wie die Schichten der Leiterplatte gestapelt sind. Es entscheidet darüber, wie viele und wo sich die Signal- und Masseebenen befinden, was sich stark auf die Stabilität auswirken kann. Ein gut konzipierter Schichtaufbau kann gut schützen, Rauschen und Übersprechen reduzieren und den Signalverlust auf ein Minimum beschränken.

Komponentenplatzierung

Der Signalfluss kann auch davon beeinflusst werden, wo Teile auf der Leiterplatte platziert werden. Es ist wichtig, die Komponenten so zu platzieren, dass die Leiterbahnlänge und das Rauschen reduziert werden und den Signalen ein klarer Weg gegeben wird. Für den besten Signalfluss müssen Hochgeschwindigkeitskomponenten wie Mikroprozessoren und Speicherchips mit besonderer Sorgfalt platziert werden.

Topologie für das Routing

Die Routing-Topologie ist die Art und Weise, wie die Leiterplattenleitungen eingerichtet werden. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, den Datenverkehr weiterzuleiten, z. B. Punkt-zu-Punkt, Daisy-Chain, Stern und Bus. Die Wahl des Routing-Designs basiert darauf, was das System benötigt und was das PCB-Layout nicht leisten kann.

EMI-Abschirmung

Eine EMI-Abschirmung ist erforderlich, um zu verhindern, dass elektromagnetische Störungen die Hochgeschwindigkeitsdaten so weit wie möglich verlangsamen. Die EMI-Abschirmung kann mit Metallgehäusen oder Abschirmschichten im Leiterplattenstapel erfolgen.

Der Signalabschluss ist in Hochgeschwindigkeitssystemen wichtig, damit Signalreflexionen auf ein Minimum beschränkt werden und die Signalintegrität gewahrt bleibt. Abhängig von der Art und Frequenz des Signals muss die richtige Abschlussmethode verwendet werden, z. B. Reihen-, Parallel- oder Wechselstromabschluss.

Signallängenanpassung: Differentialpaare benötigen eine Signallängenanpassung, um sicherzustellen, dass die Zeit richtig ist und um den Zeitversatz zu reduzieren. Um die Signalsicherheit möglichst hoch zu halten, muss der Längenunterschied zwischen den Differenzpaarsignalen möglichst gering gehalten werden.

Reduzierung des Übersprechens

 In Hochgeschwindigkeitssystemen kann Crosstalk die Signalintegrität stark beeinträchtigen. Übersprechen lässt sich reduzieren, indem man für ausreichend Platz zwischen Leiterbahnen und Differentialpaaren sorgt, Schutzleiterbahnen verwendet und Routing-Methoden verwendet.

Aufgrund der Induktivität und des Widerstands der Masseebene kann es bei Hochgeschwindigkeitssystemen zu Massesprüngen kommen. Es ist wichtig, die richtigen Methoden zur Entkopplung und Erdung zu verwenden, um zu verhindern, dass der Erdungssprung die Signalintegrität zu sehr beeinträchtigt.

Wärmemanagement

Designs mit viel Geschwindigkeit erzeugen viel Hitze. Um sicherzustellen, dass die Komponenten einwandfrei funktionieren und nicht beschädigt werden, müssen Wärmekontrollwerkzeuge wie Kühlkörper, thermische Durchkontaktierungen und Kupfergüsse verwendet werden.

PCB-Herstellung

Hochgeschwindigkeitsdesigns erfordern präzise Fertigungsmethoden, um die erforderliche Impedanzanpassung, Leiterbahnbreite und Abstände sicherzustellen. Während Leiterplattenherstellung, ist die Wahl der richtigen Materialien, Kupferdicke und Oberflächenbeschaffenheit wichtig.


Über den Autor

Ich bin seit 2015 als Leiter für Technik und Vertrieb bei Victorypcb tätig. In den letzten Jahren war ich für alle Messen im Ausland verantwortlich, beispielsweise in den USA (IPC Apex Expo), Europa (Munich Electronica) und Japan (Nepcon) usw. Unsere Fabrik wurde 2005 gegründet 1521, jetzt haben wir XNUMX Kunden auf der ganzen Welt und genießen bei ihnen einen sehr guten Ruf.

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