Das Design von Leiterplattenstapeln weist viele Einschränkungen auf. Hochgeschwindigkeitsdesigns erfordern eine Kapazität zwischen den Ebenen, eine regulierte Impedanz und eine Minimierung des Übersprechens. Hochgeschwindigkeits-Leiterplatten berücksichtigen jetzt die Leiterbahnimpedanz, obwohl die Stapelung die Anfälligkeit für Übersprechen und die Schichtkapazität zwischen Masse- und Leistungsebenen beeinflusst.
Viele dieser Probleme können manuell oder mit einem Schaltungsdesignprogramm gelöst werden, um die Impedanz in Ihrer Platine zu modellieren. Immer noch das Beste PCB-Design Tools bieten komplexere Entwurfsmethoden für regulierte Impedanzen.
Der Stack-up-Designprozess von Altium Designer umfasst PCB-Impedanzberechnungen, sodass keine Webrechner erforderlich sind. Zu den Layer-Stack-Management- und Routing-Funktionen von Altium Designer gehört ein Feldlöser für die platinenweite Impedanzanpassung. Der Layer Stack Manager und die Routing-Tools von Altium Designer bieten einen reibungslosen PCB-Impedanzrechner für Hochgeschwindigkeitsdesigns.
Berechnung der PCB-Stackup-Impedanz
Die Geometrie der Leiterbahnen, das PCB-Kern- oder Prepreg-Material und die Lagenausrichtung beeinflussen die Impedanz Ihrer PCB. Design-Tools müssen die Impedanzwerte von kantengekoppelten, eingebetteten und versetzten Leiterbahnlayouts berücksichtigen. Die Modellierung der Rauheit und Dispersion von Kupfer könnte diese Werkzeuge verbessern.
Online-PCB-Rechner und analytische Berechnungen können Rauheit, Streuung oder Ätzung nicht berücksichtigen.
IPC-2141-Impedanzformeln:
PCB-Designparameter werden wie in vielen technischen Teilbereichen mithilfe von Gleichungen definiert und berechnet. Bei der Berechnung der Leiterbahnimpedanz müssen die dielektrischen Eigenschaften und die Leiterbahnform des Substrats berücksichtigt werden. Die meisten Schätzungen der Mikrostreifen- und Streifenleitungsimpedanz basieren auf IPC-2141-Formeln.
Impedanzgleichungen des Internationalen Physikalischen Codes
Hochgeschwindigkeits-, Hochfrequenz- und mehrschichtige Signalisierungsprotokolle mit GHz-Bandbreiten können diese Schätzungen aufgrund ihrer Ungenauigkeit von 7 % nicht verwenden. PCB-Leiterbahnimpedanzrechner sind rar.
Streifenleitungsimpedanz
Wählen Sie geometrische Parameter und nutzen Sie die Gleichungen, um zu erfahren, wie sich die Schichten Ihrer Platine auf die Impedanz auswirken. Da die Dielektrizitätskonstante in den Impedanzgleichungen enthalten ist, ist die Auswahl des geeigneten dielektrischen Substratmaterials für Ihr PCB-Layout von entscheidender Bedeutung.
Koplanarleitungen, versetzte Streifenleitungen und Wellenleiter erfordern ausgefeiltere Methoden. Nachdem Sie die beste Schichtanordnung für Ihr PCB-Design ausgewählt haben, verwenden Sie einen Feldlöser, um die Fläche zu berechnen, die zum Erreichen einer bestimmten Impedanz erforderlich ist.
Die Impedanz des Leiterplattenstapels beeinflusst die Berechnung
Routing-Schichten und Leistungsebenenkapazität können auf einer zehnschichtigen Leiterplatte ausgeglichen werden (fettgedruckte Linien stellen ebene Schichten dar; P = Prepreg; L = Laminat). Der linke Stapel besteht aus sechs Signalschichten und einem eng beieinander liegenden Ebenenpaar.
Wenn die Kapazität zwischen den Ebenen benötigt wird, kann dies trotz der Einsparung von Routing-Platz zu Problemen bei der Stromversorgung führen. Der rechte Stapel verfügt über sechs Routing-Schichten, vervierfacht jedoch die Anzahl der Flugzeugpaare auf der linken Seite. Dies verbessert die Kapazität zwischen den Ebenen, verringert jedoch die Routingfläche.
PCB-Impedanzrechner von Altium Designer
Der Layer Stack Manager von Altium Designer vereinfacht die Organisation des Leiterplattenstapels und die Berechnung der Leiterbahnimpedanz. Der PCB-Lagenaufbau dieses Produkts umfasst einen branchenüblichen Feldlöser. Altium Designer berechnet automatisch die Leiterbahnimpedanz für Ihren PCB-Aufbau.
· Der Aufbau beeinflusst die Leiterbahnimpedanz, die zur Feinabstimmung der Platinenimpedanz verwendet werden kann.
· Verwenden Sie Ihre Designebenen, um die Leiterbahnimpedanz zu verbessern.
· Impedanzberechnungen müssen die Dispersion des dielektrischen Substrats berücksichtigen. Genaue Ergebnisse bei jeder Frequenz erfordern dies.
Zum Abschließen von Leiterplattenkomponenten können Sie verschiedene Standard-Anschlussmethoden verwenden.
Software-Impedanzrechner und Layer-Stack-Editor
Der Schichtabstand in Ihrem Stapel (H in der Gleichung oben) ist einer der wesentlichen Aspekte bei der Bestimmung der Signalimpedanz und anderer kritischer Designmerkmale bei der Entwicklung von Hochgeschwindigkeitsplatinen. Das Lagenlayout und die Trennung in Ihrem Stapel wirken sich auf drei entscheidende Merkmale des Hochgeschwindigkeits-Leiterplattendesigns aus:
Die Leistungsstabilität von Hochgeschwindigkeitsgeräten hängt von der interplanaren Kapazität ab. Die Kapazität zwischen den Ebenen kann erhöht werden, indem Leistungs- und Masseebenen auf benachbarten Ebenen mit kleinem Abstand angeordnet werden.
Die Schleifeninduktivität bestimmt, ob Leiterbahnen anfällig für induktives Übersprechen sind. Die Schichttrennung verringert die Schleifeninduktivität.
Der Schichtabstand beeinflusst die kapazitive und induktive Wechselwirkung zwischen Leiterbahnen. Bei dieser Berechnung werden die geraden, ungeraden und differenziellen Impedanzen ermittelt.
Wie bereits erwähnt, beeinflusst die Dielektrizitätskonstante Ihres Substrats die Leiterbahnimpedanz, wie aus der obigen Gleichung hervorgeht. Impedanzberechnungen und das PCB-Stack-Up-Design müssen die dielektrischen Eigenschaften des Substrats berücksichtigen. Frequenzabhängige Änderungen der Dielektrizitätskonstante wirken sich auf Kopplung, Übersprechen und Leiterbahnimpedanz aus.
Impedanzberechnungen und PCB-Stackup-Design
Leiterplatten unterstützen jetzt komplexere und schnellere Logikschaltungen. Moderne Leiterplatten müssen die Standards für Impedanzmanagement, Übersprechen und Kapazität zwischen den Ebenen erfüllen. Hochgeschwindigkeits-Leiterplatten erfordern eine Impedanzregulierung.
PCB-Impedanzrechner messen den Leiterbahnwiderstand. Um die Anforderungen an die Leiterplattenimpedanz zu erfüllen, ist ein Stapeldesign unerlässlich. Rechner können durch Rauheit oder Ätzung des Kupfers beeinträchtigt werden.
Altium Designer, ein PCB-Designtool, kann die PCB-Impedanz für das Stack-Up-Design schätzen. PCB-Stack-Up-Design. Entwickler können Layer-Stack-Management und Routing nutzen, um die Platinenimpedanz zu steuern.
In diesem Artikel werden das Stackup-Design, PCB-Impedanzberechnungen und die Beteiligung von Altium Designer an der Hochgeschwindigkeits-Impedanzsteuerung ausführlich behandelt.
Leiterplattenstapel
PCBs wurden ursprünglich verwendet, um langsame Logikschaltungen mit Gleichstrom (DC) zu versorgen und logische oder diskrete Komponenten zu verbinden. Heutzutage gibt es für Leiterplatten viel mehr Einsatzmöglichkeiten. Das Ziel waren lötbare Leiterplatten zu günstigen Preisen. Mit der Entwicklung von Logikschaltungen stieg der Bedarf an schnelleren Verbindungen, wodurch Impedanzniveaus immer wichtiger wurden. Ingenieure setzten die Hersteller unter Druck, Leiterplatten mit einer Impedanz von 50 Ohm herzustellen.
Berechnung der PCB-Impedanz
Die Leiterbahnimpedanz einer Leiterplatte hängt von ihrer Geometrie, ihrem Kern- und Prepreg-Material sowie ihren Schichten ab. Unterschiedliche Geometrien erfordern aufgrund der Impedanzunterschiede zwischen kantengekoppelten, eingebetteten und versetzten Leiterbahntopologien unterschiedliche Ansätze.
Einige Analysemethoden und Online-PCB-Rechner unterschätzen die Rauheit, Streuung und Ätzung von Kupfer bei der Vorhersage der PCB-Impedanz. Daher erfordert die Messung der PCB-Leiterbahnimpedanz unterschiedliche Methoden und Instrumente.
Altium Designer PCB-Impedanz-Editor
Masse- und Stromversorgungsebenen sind für Leiterplattenstapel mit kontrollierter Impedanz erforderlich. Masseebenen reduzieren das Übersprechen, das in Hochgeschwindigkeitsschaltungen zu Rauschen und Signalverschlechterung führt.
Die Signalintegrität wird durch den niederohmigen Rückweg einer Masseebene aufrechterhalten. Powerplanes sorgen für eine konstante Stromversorgung der PCB-Komponenten. Um Impedanz und Signalintegrität zu erreichen, muss das Stapeldesign die Platzierung und Dicke dieser Ebenen berücksichtigen.
Altium Designer für PCB Stackup
Altium Designer unterstützt das PCB-Stackup-Design. Dieses Tool unterstützt Hochgeschwindigkeitsdesign und regulierte Impedanz. Verwenden Sie den Feldlöser in der Software, um den Stapel mit der richtigen Anzahl an Schichten, den Positionen der Stromversorgungs- und Masseebenen und der Schichtdicke für Ihr Design zusammenzustellen.
Der Layer-Stack-Manager von Altium Designer ist ein leistungsstarkes Tool für die Erstellung und Wartung von Stack-Ups. Der Layer-Stack-Manager bietet eine Stack-up-Verwaltungs-GUI. Über diese Schnittstelle können Benutzer Schichtdicken erstellen, entfernen und bestimmen. Der Kern, das Prepreg und die Dielektrizitätskonstante jeder Schicht können angegeben werden.
Altium Designer bietet einen Layer-Stack-Manager, eine Routing-Engine sowie viele Designkriterien und Einschränkungen, die Ihnen bei der Erstellung eines geeigneten Designs helfen. Bei Hochgeschwindigkeitsdesigns tragen die Mindestleiterbahnbreite und der Mindestabstand zwischen den Leiterbahnen dazu bei, einen ordnungsgemäßen Betrieb sicherzustellen.
Schlussfolgerung
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Hochgeschwindigkeits-PCB-Aufbauten über kontrollierte Impedanz, Übersprechkontrolle und Zwischenebenenkapazität verfügen müssen. Online-Rechner und wissenschaftliche Berechnungen benötigen jedoch möglicherweise Hilfe, um die Rauheit und Streuung von Kupfer zu berücksichtigen.
Um einen PCB-Aufbau zu erstellen, der alle Ihre Hochgeschwindigkeits-Designanforderungen erfüllt, verwenden Sie ein robustes PCB-Designtool wie Altium Designer, das einen Feldlöser, eine Routing-Engine sowie Designregeln und -grenzen enthält. Auf diese Weise können Sie einen designfertigen PCB-Stack zusammenstellen. Altium Designer kann eine Hochgeschwindigkeits-Leiterplatte erstellen, die gut funktioniert und gut aussieht.
