阻抗匹配和较大的走线宽度


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我目前正在设计中,其中我的一个IC指定使用50欧姆走线。这个问题的答案是走线的特性阻抗,表明需要120 mil的走线才能获得该阻抗。

IC仅可容纳1880万条走线,并且假定走线之间没有空间。那么,如何在设计时考虑到该走线阻抗呢?显然,我可以减小板的厚度或增加铜的高度,但只能在某种程度上进行,我希望这种制造方式可以便宜一些。通常如何处理?

我使用的IC是MAX9382,它可以在最高450 MHz的频率下工作,我可能会在400-450 MHz附近使用它。最初使用的数据是模拟的,但必须严格限制为数字化才能与该IC一起使用。


张贴PCB叠层和介电常数。
马克

@标记堆叠和介电常数仍在讨论使用什么(因为我愿意接受建议)。但是对于FR-4在500 MHz时的介电常数为4.35,一块63 mil的板上有2 oz的铜,其高度为180 mil
Kellenjb 2011年

Answers:


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使用4层堆叠。

除非下面有一个坚固的接地层,否则计算所需的走线宽度是没有意义的,采用2层设计时,您可能需要在另一侧布线,如果走线靠近您的走线,则几乎会破坏您的阻抗。

在450Mhz时,您确实应该拥有坚固,连续,正确去耦的电源和接地层。这将改善噪声性能,EMI问题,为您提供更好的阻抗控制,等等。用4层板进行加热并不比使用2层板贵得多。

使用4层,例如:

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

根据您选择的铜厚度,间距可能会有所变化。

根据信号层上的最终电介质和铜厚度,这将使您在信号1/2上的50ohm迹线达到10-20mil。


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这种设计将非常简单,以至于我可以很容易地得到一个坚实的接地平面,而没有将其分割的痕迹。我确实同意同时拥有电源平面和接地平面会有所帮助。更不用说层之间的较短距离了。
2011年

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我使用的PCB制造工艺表示内层和顶层之间为9.3密耳,1盎司铜的高度为135万密耳,从中我可以发现相对介电常数约为3.2。这使我所需的走线宽度为1855万。对于走线宽度,这听起来更合理。
Kellenjb 2011年

1
@Kellenjb听起来不错,一般的经验法则是信号层和接地/电源层之间的距离保持在10mil以下。根据我的经验,最好按照晶圆厂的建议进行组装,它们的组装似乎有所不同,除非您有充分的理由,否则不值得与之抗衡。请记住,走线为10-20mil时,您可能会从阻焊层中损失约2-3欧姆的阻抗,因此您可能希望拍摄52-53欧姆以上的阻抗,或者向晶圆厂询问其厚度和介电常数。遮罩并将其包括在计算中。
马克

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您不必担心很短的PCB走线作为较长走线的一部分的阻抗。因此,直接在芯片旁边会有一条更细的迹线。但是,如果走线必须走任何距离,那么当走线离开芯片时,您需要调整走线的厚度。您只需将走线宽度“扇出”远离芯片。这就是我一直看到的完成方式。

这与任何传输线的连接器都没有不同。单个短路元件的阻抗可能会小一些,但与整个传输线相比,阻抗会很小。


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通常,走线过宽会引起走线电容问题。使走线更细会减小电容。当然,走线越细,阻抗就越混乱。

如果以不同的方式进行PCB堆叠,即信号层更靠近电源/ gnd平面,则走线可以更细,同时仍具有适当的阻抗。在多层PCB上,这仅在信号也在内层时才起作用-使得很难在外层上具有适当的阻抗电容。

最终结果是这都是一种折衷。我通常在具有优化的PCB叠层的内层上运行这些信号-但是,当它必须到达外层才能到达芯片时,则保持走线很窄且很短。

在2层PCB上,很难在狭窄的走线上具有适当的阻抗-因此我通常不会打扰。如果阻抗很关键,我将至少使用4层PCB。


根据定义,当您查看阻抗时,您正在查看电容与电感的相对度量。迹线必须如此宽的事实表明,接地层和迹线之间的距离足够大,以致电容不会那么大。考虑一下迹线之间需要没有耦合的空间!
Kortuk 2011年

@Kortuk严格来说并非如此。我只是对刚才做过的董事会进行了计算。第3层是飞机。对于50欧姆,第1层上的走线需要为21.81密耳,而第2层上的走线则需要为8.03密耳。该L1迹线具有1.697pF /英寸,而L2迹线具有1.354pF /英寸。听起来可能不算很多,但是对于第1层来说,它的pF多了25%-我已经看到,这对超高速信号(> 500 MHz)有影响。

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如果您要从内部更改为电路板,而要从外部更改为电路板,则设计方程式将发生变化。如果它在电路板内部并且有两个接地层,则甚至可以采用封闭形式的解决方案。在设计RF电路时,需要考虑三个主要的阻抗问题:阻抗是否匹配,是否必须改变(过孔等等)以及是否有太多的条纹无法匹配我的设计。通常,使用非常宽的迹线会遇到不理想的情况,尤其是与附近的迹线耦合时。我可以说,即使有很多痕迹(我的意思是很广泛),它仍然可以工作。
2011年

3

您可以将相邻的参考迹线与信号一起布线吗?有人告诉我,三脚架,甚至如果你不适合三脚架,​​也可以是五角形等,如果没有紧密的平面可以参考,有时在像你这样的情况下也可以工作。如果您有一个差异对,则它可能更像一个四边形,在该差异对的两侧都具有相邻的引用/返回。相同的指导者建议,由于各层之间的空间,两层板应被视为两个不相关的板,并且如果不能拥有更多的层,则应使用路由参考/返回。

我错了一个差动对的四极。我在相关演讲中的笔记说要使用三元组,并在差异对的两个信​​号之间使用参考。仍以这种方式寻找/等待阻抗计算。有人告诉我他正在寻找它们在其中的RF /微波书,他有很多书。


@ user4849,这是非常好的建议。如果您不能靠近地平面,请参考地面!您对这种布局的设计方程式有任何参考吗?这听起来既实用又符合OP的需要!\
Kortuk 2011年

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我还没有 大约一周前,我刚巧开始学习这种事情。几天前,我已要求您提供阅读清单和方程式信息,但尚未收到答复。我会在这里发布。
Billt 2011年

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在飞思卡尔FTF上有4个关于这个确切话题的长篇演讲,丹·比克(Dan Beeker)的第一个话题可能是最直接的话题。幻灯片的PDF位于飞思卡尔网站上,我认为是“技术支持”类别,当我也设法找到这些链接或文件名时,我也会发布。里克·哈特利(Rick Hartley)也讲了话,他的建议书之一是免费在线上thehighspeeddesignbook.com
billt 2011年

@Billt,我期待您的回音!
Kortuk 2011年

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这个标题的标题是“ automotive”。无论您使用什么应用程序,都可以签出。谈论事物的速度比以前的家伙慢一些。FTF-ENT-F0174高频系统设计(3):在汽车系统输电线路的电磁兼容问题解决方案[链接] freescale.com/webapp/...
billt

0

首先弄清楚这是否是真正的要求。必须保持多远?如果它是一个非常高速的信号(请看边沿速率与走线长度的比较),则可能需要执行一些仿真。在您所链接的问题的答案中,霍华德和约翰逊的参考文献是此类事情的重要资源。

如果要求真实的,那么请找出存在的公差(您的电路板制造厂可能只能达到您要求的+/- 10%,因此请考虑在内)。

编辑:看你现在的部分你张贴,你在“实际需求”的领土。

80ps的边缘非常快!谐波开始迅速下降的“拐点频率”高达6GHz。假设传播延迟约为光速的66%,则80ps为16mm。经验法则是,任何超过过渡时间1 / 4-1 / 6的东西都需要像传输线一样对待,这意味着任何超过几毫米的走线!

我会在没有做任何模拟的情况下,在任何差异的2层板上尝试这种方法。

您可能必须进行多层处理才能使参考平面更接近走线,从而使更细的走线满足阻抗规格。(编辑:正如评论中指出的那样,您可以分两层来做,但是那时您将拥有一块非常薄的板!

或者,您可能可以在2层上构建共面波导结构,以提供所需的阻抗。或增加终端电阻,这意味着更改走线阻抗以匹配,这意味着走线更细。 AppCAD可以帮助您使用这些选项的参数。

听起来很有趣 :)


我认为这只是告诉操作人员,如果您确实要问这个问题,那么您不走运,需要使用其他PCB。为什么要多层,为什么不只是更薄?
Kortuk 2011年

@Kortuk如果OP需要50欧姆的120密耳走线,他可能正在使用大约63密耳厚的2层PCB。为了以18 mil的迹线获得50欧姆的电阻,各层之间的间隔必须在10 mils左右,这使得2层PCB的厚度约为15 mils-对于大多数应用而言太薄了。因此...至少要使用4层PCB才能做到这一点。

@DavidKessner,这是我的评论的第二点,我认为可以在答案中使用一些解释。
Kortuk 2011年

@Kortuk从我过去看到的数字来看,建造一个标准厚度(如63mil)的4层板要比建造非标准厚度的2层板便宜。
马克
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